Рентген

Если попаданец уже имеет рабочую радиолампу, то совсем нелишним будет получить рентгеновские лучи.
Вообще, для их получения есть два сходных метода — трубка Крукса и рентгеновская трубка.

Первая заработала в 1875 году, это был прообраз всех электронных ламп, но если конкретно — и кинескопа и рентгеновской трубки…

Собственно, прообразом трубки Крукса можно считать эксперименты 1857 года немецкого физика Гейсслера, которые показывали разряд в резреженных газах. В то время трубки Гейсслера были очень популярным развлечением, их массово производили и продавали богатым людям, которые устраивали у себя дома «электрическую лабораторию», чтобы поразить воображение друзей (собственно, мода эта пошла со времен Французской Революции, только тогда были опыты с электростатикой).

Если вам кажется, что слабый тлеющий разряд мало впечатляющ, то могу напомнить, что в те времена не было никаких электрических ламп. Даже примитивных ламп накаливания с углеродной нитью, что придумал Эдисон. Вообще, на момент начала опытов Гейслера от Эдисона было мало толку, если чему он и научился, то это качественно ходить на горшок.
Соответственно, не было и электрических генераторов и тлеющий разряд жрал гальванические элементы как свинья помои.

На картинке выше — иллюстрация из книги 1869 года про тлеющий разряд в разных газах — парах алкоголя, неоне, аргоне, парах ртути, да и просто в разреженном воздухе. Эти иллюстрации показывают не лабораторные инструменты, а декоративные лампы, имеющиеся в продаже.

Но в 1870 году произошло и другое событие — получение Круксом «катодных лучей».
Крукс был одним из тех, кто брал трубку Гейсслера и откачивал из нее остатки газа.
Сначала свечение становилось ярче, потом рассыпалось на отдельные сгустки, а потом свечение гасло, но мягким призрачным зеленоватым светом начинали светится сами стенки прибора.
Слева — картинка трубки Крукса во время работы. Тут очень высокое ISO, реальный свет от нее очень слабый.

Тогда не понимали принципа действия и не знали о существовании электронов. Поток электронов называли «катодными лучами» и считали «четвертым состоянием материи». Более того — эта трубка дала очень большой импульс спиритическому движению. Катодные лучи считали потусторонними и пытались с их помощью общаться с умершими родственниками (это без шуток было). Более того — этим занимался сам Крукс, вызывая дух своего брата. Существуют и фотографии Крукса под руку с «духом».
Я не знаю, можно ли вызвать духа умершего с помощью трубки Крукса, но что с ее помощью можно загнать в гроб — это без сомнения.

Вообще-то впервые катодные лучи были отмечены в 1859-м году Юлиусом Плюкке, но это прошло незамеченным, все-таки спиритические сеансы много значат.

Собственно, словосочетания «катодный луч» прилипло и используется до сих пор, хотя никаких специфических лучей катод не излучает. Просто при высоком напряжении электроны получают достаточно ускорения, чтобы при ударе о примеси внутри стекла вызывать их свечение. Это и есть прообраз люминофора в кинескопе. К тому же поток электронов в некоторых опытах отклонялся магнитом, что является прообразом управления электронным пучком в том же кинескопе.

Слева на верхней картинке вы видите в трубке крест и тень от него. Разогнанные электроны ударялись в металлический крест, легко закрепленный на оси, и, передавая ему импульс, заставляли его крутиться. Тень за крестом также вращалась. Такая трубка оформилась к 1879 году. Слева вы видите, как выглядела советская трубка Крукса производства 1955 года, выпущенная, видимо в образовательных целях. Электрод, который внизу — это анод, электрод справа — это катод.

Тут нас интересует одна вещь — а что происходит, когда электроны, разогнанные до высоких скоростей, ударяются в металлический крест или в стенки трубки? Все ли ограничивается импульсом, который они передают?

Выяснилось, что нет. Электроны порождают рентгеновское излучение, что и было открыто Конрадом Рентгеном в 1895 году.
То есть катодные лучи впервые получили в 1859-м, а обнаружили рентген — только через 36 лет. Вполне интересный зазор для попаданца. И кроме того — нет причин, которые не позволили бы построить ее еще лет на 50 раньше.

Но рентгеновское излучение, получаемое попаданием электронов в стекло — слабое. Хотя даже кинескоп все равно слегка излучает, несмотря на то, что его экран делают из свинцового стекла, поглощающего рентгеновские лучи. Но металлический крест в трубке Крукса излучает куда сильнее.
Поэтому Конрад Рентген усовершенствовал трубку Крукса, в результате чего она перестала быть пригодной для спиритических опытов, но зато стала куда эффективнее излучать рентгеновские лучи.

Рассмотрим эту специализированную трубку.
Классическая рентгеновская трубка — с холодным катодом. То есть вместо термоэлектронной эмиссии, которая выбрасывает
электроны из твердого тела под действием тепла, здесь электроны выбиваются с помощью очень высокого напряжения порядка десятков киловольт.
Далее электрон под действием этого же высокого напряжения пролетает через вакуум и ударяется об анод, выбивая из него ренгеновский фотон.

Процесс настолько прост, что можно сделать рентгеновскую трубку в домашних условиях из лампы накаливания.

Лампочку нужно взять ватт на 25 — чем меньше, тем лучше. На колбу лампочки наклеивается станиолевый кружок диаметром в 2 см. Станиоль должен быть накатан на лампу очень аккуратно — без всяких пузырьков или складочек, иначе при включении искра разобьет стеклянную колбу лампы. Цоколь следует закоротить — этот закороченный контакт будет катод. К станиолю нужно аккуратно присоединить медный контакт в виде сантиметрового кружка (изогнуть под форму лампочки) — это будет анод.

Теперь единственное что нужно сделать — подать на лампу высокое напряжение, порядка нескольких десятков киловольт, именно такое выдает умножитель в старом телевизоре с кинескопом. Если вы совсем в каменном веке и у вас есть только лампочка, то напряжение можно получить от высоковольтной катушки Румкорфа, вот по такой схеме:

Помните, что напряжения у вас недецкие, искра пробивает по воздуху порядка пяти сантиметров. Поэтому тут вопрос даже не осторожности, а изоляции. Все вводы в ящик на картинке желательно делать из фарфоровых изоляторов, а провода брать высоковольтные — либо из старого кинескопного телевизора, либо хотя бы со свечей автомобиля. Но в любом случае — мощность излучения будет небольшая и максимальный размер экрана, который можно осветить рентгеном,  окажется порядка 15 х 15 см.

И еще — искровой разрядник катушки будет давать помехи всем соседям и увлекаться опытами не стоит.

Тут были вопросы — а можно ли построить радиолампу с холодным катодом?

Ответ — можно. Но есть два «НО».
Во-первых, лампа, у которой напряжение в десятки киловольт, необходимых для автоэлектронной эмисии, будет излучать рентген, когда электроны долетят до анода. То есть все КПД уйдет в излучение. Тут есть всякие хитрые подходы к построению высоковольтных ламп, но они в любом случае много сложнее просто раскаленного катода.

А во-вторых холодный катод все равно нужно делать из тугоплавких материалов, потому что при излучении он разогревается до температур, близких к нити накала.

Но что еще хуже — при ударе электронов разогревается и анод, да так, что может и расплавиться.
Поэтому современные рентгеновские трубки делают несколько иначе.

Там сразу идет катод с накалом, а анод делают с охлаждением — например здесь нарисована схема с водяным охлаждением. Также внутрь трубки могут поставить электродвигатель, а сам анод — это вращающийся диск, из которого анодом работает только кусочек и электродвигатель вращает диск, подставляя каждый раз новый участок, который не успевает перегреваться.

Собственно, рентгеновская трубка оказывается устройством еще более простым, чем радиолампа. И поэтому построить ее во времена Наполеона представляется делом решаемым.

Другой вопрос, что кроме трубки рентген требует еще и экран, который светится под действием невидимых лучей.
Этот вопрос не входит в тему данной статьи, такие вещи будут рассматриваться отдельно.