De ontdekking van een wonderlijk soort straling

Van alle negentiende-eeuwse  uitvindingen was die van het röntgenapparaat zonder twijfel de meest futuristische.  Voor medici was het een wonder om opeens in het menselijk lichaam te kunnen kijken. Voor de gewone mens was het apparaat iets van een andere planeet.  Natuurkundige Wilhelm Röntgen zou door de spectaculaire ontdekking van röntgenstralen zijn naam als wetenschapper en uitvinder ondubbelzinnig vestigen. Hij werd namelijk de allereerste winnaar van de Nobelprijs voor Natuurkunde ooit. Als uitvinder vroeg hij echter nooit een patent aan.

Afbeelding uit de serie Deutschland im 21. Jahrhundert (Duitsland in de 21ste eeuw) met als titel Verbesserte Röntgenstrahlen im Jahre 2000 (Verbeterde röntgenstralen in het jaar 2000). 1899-1901 Het idee was dat de politie röntgenstralen zou gaan gebruiken om criminelen mee op te sporen. Dat is uitgekomen, maar wel anders dan op deze tekening, waarop de agent door een muur heen kan kijken met zijn röntgenapparaat.

Wilhelm Röntgen

Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) had een Duitse vader en Nederlandse moeder. Hij werd in Duitsland geboren, maar zou in Nederland opgroeien en het eerste deel van zijn opleiding in Utrecht krijgen. Daartoe verbleef hij in het gezin van Jan Willem Gunning (1827-1900), natuurkundige en later hoogleraar scheidkunde. Deze zou de jonge Wilhelm op het spoor van de natuurkunde zetten.

Röntgen werd echter van school gestuurd, omdat hij niet wilde zeggen welke medeleerling verantwoordelijk was voor een karikaturale tekening van een leraar. Zonder diploma kreeg hij geen toegang tot de studie natuurkunde aan de universiteit van Utrecht, maar hij zou hier toch nog een tijdlang als extraneus vakken volgen. Hij mocht alleen geen examens afleggen en zou dus geen bul krijgen, wat hij toch wel als een probleem ging zien.

Aldus kwam hij terecht op een technische hogeschool in Zürich waar hij afstudeerde als werktuigbouwkundig ingenieur. Hierna deed hij een vervolgopleiding natuurkunde. In juni 1869 promoveerde hij op een proefschrift over gassen.

Hierna begon hij een academische carrière. Uiteindelijk werd hij hoogleraar op diverse Duitse universiteiten, al had het weinig gescheeld of hij was, jawel, hoogleraar natuurkunde geworden in Utrecht.

Lange tijd bleef hij zich vooral interesseren voor gassen, maar ook voor de elektrische eigenschappen van kwarts, de elektrodynamica en de thermodynamica. Later ging hij tevens onderzoek doen naar straling. Zo deed hij in 1895 experimenten met kathodestralen. Dat zijn stralen van elektronen die zich ontladen in een zogeheten kathodestraalbuis, een vacuümbuis die van binnen onder hoogspanning staat.

Links: Wilhelm Conrad Röntgen in 1904. Rechts: Jan Willem Gunning, pleegvader en mentor van Röntgen in 1860.

De ontdekking van X-stralen

Op de avond van 8 november 1895 gebeurde er tijdens die experimenten iets vreemds. In zijn laboratorium had Röntgen een scherm staan dat was bewerkt met bariumplatinocyanide, een stof die werd gebruikt om ultraviolet licht mee waar te nemen. Toen hij een kathodestraalbuis die was omhuld met zwart papier op het scherm richtte, lichtte dit op en veroorzaakte fluorescentie. Volgens de natuurkundige inzichten van die tijd was dat onmogelijk.

Röntgen besefte dat het ook niet de kathodestralen zelf waren die dit effect veroorzaakten, maar een ander soort, onzichtbare, straling. Later deed hij nieuwe experimenten en ontdekte dat de onbekende straling donkere vlekken achterliet op fotografische platen. Het bleken afdrukken te zijn van voorwerpen die tussen de buis en de fotografische plaat in stonden. Stoffen met een grote dichtheid bleken bovendien beter zichtbaar dan lichtere stoffen.

Hierna kreeg Röntgen een nieuw idee. Hij vroeg zijn vrouw Anna Bertha om haar hand tussen de buis en de fotografische plaat te houden. Toen hij de plaat had ontwikkeld, was het binnenste van haar hand te zien. De botten en haar trouwring waren duidelijk zichtbaar, terwijl haar vlees maar een vage omlijning daaromheen gaf. Bij het aangezicht van haar hand riep Anna Bertha verschrikt: 'Ik heb mijn overlijden gezien!' Geen wonder, want ze was de eerste persoon in de geschiedenis van de mensheid die zo'n groot gedeelte van haar eigen skelet zag.

De hand van Anna Bertha Röntgen-Ludwig: de allereerste röntgenfoto van een lichaamsdeel, gemaakt op 22 december 1895.

De straling, zo was nu wel duidelijk, drong in materie en produceerde vervolgens een fotografisch beeld van het inwendige. Röntgen gaf het nieuwe type straling de letter X mee, X-stralen dus. De bescheiden wetenschapper wilde absoluut niet dat de stralen naar hem vernoemd zouden worden. In het Engels zou de benaming altijd X-rays blijven, net als in veel andere talen. Maar in andere talen, zoals het Nederlands en Duits, zou de wens van Röntgen niet worden ingewilligd en spreekt men toch van röntgenstralen.

Wereldkundig gemaakt

Conrad Röntgen had een spectaculaire en revolutionaire ontdekking gedaan. Eentje die het artsen mogelijk maakte om in het lichaam van hun patiënten te kijken zonder ook maar één snee te hoeven maken. De medische wetenschap zou een enorme sprong vooruit doen en nooit meer hetzelfde zijn.

Toch bleef hij zelf aanvankelijk vertwijfeld en voorzichtig. Hij was nogal benauwd dat hij zich had vergist. Op 28 december publiceerde hij echter toch een eerste wetenschappelijk artikel over zijn bevindingen. In januari 1896 pikten verschillende Europese kranten het nieuws op. Hierna waren de zaken niet meer te remmen.

Röntgens lab aan de universiteit van Würzburg tussen 1895 en 1900.

Het röntgenapparaat

Het was niet moeilijk om een apparaat te bouwen dat werkte met de nieuwe straling, want het principe op basis waarvan zo’n machine moest werken was duidelijk. Het apparaat moest op systematische basis röntgenfoto’s kunnen maken van alle delen van het menselijk lichaam. Daarom werden er menshoge kasten gevraagd, waarin mensen tussen de kathodestraalbuis en de fotografische plaat konden plaatsnemen.

Röntgen besloot zelf geen patent aan te vragen op zo’n apparaat. Hij wilde namelijk dat iedere arts of onderzoeker ongehinderd gebruik kon maken van het nieuwe wonder. Iedereen was dus vrij een apparaat te bouwen, wat al vanaf januari 1896 volop werd gedaan. Het gevolg was een keur aan verschillende machines, maar toch ook niet wezenlijk verschillend.

Een twijfelachtige eer

Voor de moderne patiënt was een bezoekje aan een röntgenmachine of het doorlichtingslaboratorium nog lange tijd een onwerkelijke toestand. De apparaten zagen er buitenaards uit en werkte volgens totaal onbegrepen principes. Lichtschijnsels kwam van de gasontlading in de straalbuis en van de vonken die van de hoogspanningsgenerator spatten en werden begeleid door een knetterend geluid. Dat veroorzaakte een spookachtige sfeer. En daar diende men dan niet minder dan anderhalf uur in te verblijven, want zoveel tijd had de belichting van de fotografische plaat destijds wel nodig (tegenwoordig is dat 21 milliseconden).

En als je dat had gehad, kreeg je een foto te zien van je eigen skelet of een gedeelte daarvan. Dat maakte bij veel mensen dezelfde, wat duistere, gedachte los als bij Anna Röntgen. Rond de eeuwwisseling maakten men dergelijke staaltjes van moderne tovenarij wel vaker mee, maar dit was toch wel het toppunt .

Een röntgenapparaat voor medische doeleinden van rond 1900.

Niettemin eindigde het wonder voor velen niet zo best. De hoeveelheid straling die men nodig had voor een röntgenapparaat lag vele malen hoger dan tegenwoordig. Bij de opname van een hand gebruikte men al gauw een 1500 keer hogere dosis. Het moge duidelijk zijn dat het verkrijgen van zoveel straling gedurende anderhalf uur tijd slecht kon uitpakken. Patiënten kregen klachten als brandwonden, haaruitval en oogaandoeningen. Bedienend personeel kreeg schade aan hun handen, soms zo erg dat amputatie nodig was, en kwam vaak te overlijden aan kanker.

Opmerkelijk genoeg vertrouwde Röntgen de straling niet en beschermde hij zichzelf met lood. Andere onderzoekers waren desondanks veel nonchalanter met alle gevolgen van dien. Uiteindelijk overleed Röntgen evengoed aan kanker, maar wel op de leeftijd van 78 jaar.

Toepassingen

Door de tijd heen kwamen er steeds meer toepassingen en zouden er verschillende soorten röntgenapparaten worden ontwikkeld. Met name de volgende gebieden hadden er profijt van:

• De medische wetenschap was er om goede redenen razendsnel bij om röntgen te gebruiken.
• Röntgenstralen bleken ook zeer goed te gebruiken bij het technisch testen van materialen. Zo kon men bijvoorbeeld controleren of verbindingsnaden van metalen delen perfect waren gesoldeerd of niet.
• In latere tijden ging men het principe ook gebruiken op luchthavens om de bagage van passagiers te controleren op wapens of andere verboden voorwerpen. Uiteindelijk ging men ook de passagiers zelf controleren.

Eerste Nobelprijs natuurkunde

Doordat hij geen patent had aangevraagd zou Wilhelm Röntgen nooit rijk worden. Behalve eeuwige roem verwierf hij wel de nodige onderscheidingen, waaronder de allerhoogste.

In 1901 won hij namelijk de allereerste Nobelprijs voor de natuurkunde. Op dat moment was hij op het toppunt van zijn roem en was het onderzoek naar X-stralen een ongekend populair wetenschappelijk onderwerp geworden. Zoals gebruikelijk nam hij de eer in ontvangst, maar het geld niet. Dat gaf hij aan de universiteit van München, waar hij op dat moment doceerde.

Bronnen

• Meidenbauer J. (red.) - 'Het grote boek van uitvindingen en ontdekkingen.' Lisse 2004
• Blom Ph. - 'De duizelingwekkende jaren. Europa 1900-1914.' Amsterdam 2010
• Science guide (www.scienceguide.nl) - 'Antieke Röntgen werkt nog prima.'
• Wikipedia (nl.wikipedia.org) - 'Wilhelm Conrad Röntgen'. (24-4-2012)

Afbeeldingen

• Röntgenapparaat uit 1900: http://www.oobject.com/1900-x-ray-tube/
• Röntgenapparaat uit 1910: Wikimedia/ Elmer Ellsworth Burns (1910) - The Story of Great Inventions
• Overige: Wikimedia (commons.wikimedia.org)