В 1860-е годы группа физиков из Боннского университета начала исследование природы свечения вакуумных трубок Гейслера и обнаружила, что когда электрический ток движется между электродами — от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду), — то по прямой траектории проходят некоторые лучи. Эти лучи были названы катодными. Было доказано, что они могут проецировать объекты, тени. Между 1869 и 1875 годами британский ученый Уильям Крукс (1832-1919) внес изменения в вакуумную трубку, создав внутри нее более совершенный вакуум, и более глубоко исследовал природу катодных лучей. В одном из своих опытов Крукс разместил в трубке мальтийский крест, и на задней стенке трубки в флуоресценции, возникающей при столкновении лучей со стеклом, возникла четкая тень (проекция) креста (см. рисунок 9). При использовании фотопластинок трубка Крукса делала нечеткие снимки, но данное явление английский ученый мало исследовал.

РИС. 9 Схема трубки Крукса с мальтийским крестом внутри.

Тесла, пораженный феноменом, обнаруженным им во время экспериментов с фотографиями, которыми он занимался со своим другом Марком Твеном, начал сопоставлять результаты и изучать работы Крукса, что привело его к исследованию катодных лучей. Для этого Тесла разработал собственную трубку — однополярную лампу, имеющую только один электрод. Когда на него поступало высокое напряжение от одной из катушек, от электрода исходил пучок катодных лучей, сталкивавшихся со стеклянной стенкой.

После разработки своего варианта трубки Крукса Тесла заметил, что в точке столкновения лучей со стенкой или на аноде в биполярной трубке возникают «невидимые лучи», оставляющие «аномальные отметки и образы». Его догадка оказалась удивительной. Будущие трубки рентгеновского излучения следуют такому же принципу. Говоря языком современных терминов, катодные лучи представляют собой поток электронов. Это стало понятным после длительной серии экспериментов, в том числе с магнитным полем. Когда электроны достигают стеклянной стенки, то резко останавливаются, и сильное торможение вызывает высокочастотные электромагнитные волны, находящиеся в зоне спектра, соответствующей рентгеновским лучам. Такое излучение называется тормозным (нем. Bremsstrahlung).

После первых экспериментов Теслы с вакуумными трубками, имеющих целью обнаружить присутствие излучения, началось и его активное сотрудничество с фотографами Манхэттена. В 1894 году Томас Коммерфорд и Роберт Джонсон организовали в его лаборатории фотосессию, где знаменитые персонажи были сняты, освещенные флуоресцентными лампами изобретателя. На самой известной фотографии из той серии мы можем увидеть Марка Твена — друга Теслы, часто приходившего в его лабораторию и ставшего свидетелем многих экспериментов. На той фотографии он в полутьме держит в руках лампу, от которой исходит яркий свет; в такой почти магической атмосфере на заднем плане можно разглядеть в сумраке и Теслу. В тот же год, во время одного из частых визитов Твена, Тесла предложил ему сфотографироваться — на этот раз при освещении трубкой Гейслера. Когда фотографы проявили фотопластинку, то обнаружили, что снимок писателя не получился, зато почему-то был виден один из винтиков, настраивающих линзу фотокамеры. Тогда Тесла не знал, что они сделали первую в США фотографию в рентгеновском излучении, но в любом случае он понял, что от трубки исходил некий «очень особый вид излучения», из-за которого на фотопластинке отобразился внутренний фрагмент фотокамеры.

Стоя на резонансной катушке, Марк Твен держит металлическое кольцо с лампой накаливания. Ток высокой частоты и напряжения проходит через его тело и зажигает лампу. На заднем плане — Тесла, включающий цепь.

Никола Тесла первым идентифицировал его и предложил интерпретацию природы данного излучения. В статье, где говорилось о нем, изобретатель заявлял, что катодный поток состоял из мельчайших частиц. Такая мысль открывала для исследователя верный путь к пониманию явления. Квантовая физика в течение еще многих лет занималась описанием свойств элементарных частиц, носителей разных форм электромагнитного излучения и в силу этого ответственных за квантовые проявления электромагнитных явлений, так называемых фотонов.

Тесла открыл, что лучи, невидимые человеческому глазу, могут проходить через человека даже с расстояния нескольких метров, и получил невероятные изображения человеческих тел, которые назвал «тениграммы». Заметив, что некоторые ткани тела меньше пропускают лучи, он предложил использование излучения в медицине, например для того, чтобы определить положение инородных предметов в теле.

В ту эпоху ученые не знали об опасности экспериментов с излучением. Жажда открытий и энтузиазм привели многих исследователей рентгеновских лучей, а затем и радиоактивности к проведению очень вредных для здоровья опытов. Сам Тесла по 40 минут занимался фотографированием своего черепа, после чего у него возникали сонливость, временная потеря памяти и ощущение жжения в голове. Сначала он решил, что излучение может иметь терапевтический эффект и стимулировать работу мозга, но постепенно симптомы становились все более тревожными: раздражение и боль в глазах, ожоги на коже, выпадение волос... Тесла довольно скоро осознал, что излучение не безобидно. Одним из первых он заговорил о трех принципах безопасности при работе с рентгеновскими лучами — расстоянии, времени и защите.

В рентгеновской трубке ток нагревает катод, испускающий электроны, начинается термоионное излучение. Электроны ускоряются из-за разности потенциалов, сталкиваются с анодом и там рассеиваются. Они в основном взаимодействуют с ядрами атомов анода и передают им импульс. Согласно классической физике, заряженная частица в результате ускорения (как в случае электрона при взаимодействии с анодом) должна постоянно испускать электромагнитное излучение. Так как масса ядра значительно превышает массу электрона, он практически не получает энергии. Если Тн — начальная кинетическая энергия электрона, а Тк— конечная, то в процессе торможения в виде тормозного излучения будет рассеяна энергия, равная значению Т:

Т = Тн– Тк.

В тот момент, когда Тесла был поглощен этими ключевыми исследованиями, произошли обстоятельства, замедлившие его быстро продвигающуюся работу. В апреле 1895 года был запущен первый большой генератор гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде, названный именем Теслы и с указанием номеров его патентов, выгравированных на дощечке. План развития проекта реализовывался весьма успешно, с соблюдением всех сроков. Но как часто случалось в жизни Теслы, счастливые моменты достижений приходили одновременно с несчастьями: