Представляя сегодня эти незначительные достижения, я не пытался расположить их так, как это следует делать в процессе чисто научного поиска, когда каждый итог есть логическое следствие предыдущего, и когда его может предугадать внимательный читатель или слушатель. Я предпочел направить свои усилия на выдвижение новинок и идей, которые могли бы предложить нечто остальным, и это может служить извинением отсутствию гармонии в моем выступлении. Объяснения явлений давались добросовестно, в духе студента, готового понять, что допустимы требования и более полных объяснений. Не будет большого вреда, если студент воспримет неверные взгляды, но когда ошибаются великие умы, мир дорого платит за их ошибки.
5. Высокочастотные генераторы для электротерапевтических и иных целей[10]
Некоторые теоретические возможности токов очень высокой частоты, а также наблюдения, которые я сделал мимоходом, когда экспериментировал с переменным током, равно как и благотворное влияние трудов Герца и смелых взглядов Оливера Лоджа, подвигли меня в 1889 году начать систематическое исследование высокочастотных явлений, и результаты, которых я вскоре достиг, оправдали мои усилия по оборудованию лаборатории некоторыми особо эффективными устройствами и оказались весьма продуктивными: разработаны генераторы переменного тока особой конструкции, усовершенствованы преобразователи обычного тока в ток высокой частоты, и оба эти достижения были в свое время описаны и теперь, я полагаю, всем известны.
Одной из особенностей токов высокой частоты, замеченной на ранних стадиях экспериментов, довольно необычной и представляющей интерес для врачей, является то, что они очевидно безвредны, и это позволяет пропускать через тело человека довольно значительное количество электрической энергии, не причиняя ему боли или большого неудобства. Эта особенность, к которой, совместно с другими неожиданными свойствами этих токов, я имел честь привлечь внимание научной общественности сначала в статье, помещенной в техническом журнале в феврале 1891 года, а затем в последующих выступлениях в научных обществах, очевидно доказала, что эти токи будут очень полезны, для целей электротерапии в особенности.
Что касается воздействия электричества было разумным предположить, что влияние на физиологию, каким бы оно ни было сложным, можно разделить на три аспекта. Во-первых, статический, то есть, тот, что в основном зависит от величины электрического потенциала; во-вторых, динамический, который в целом зависит от качества движения электричества или силы тока, проходящего сквозь тело; и, в-третьих, эффекты, имеющие ярко выраженную волновую или колебательную природу, то есть импульсы, в которых электрическая энергия попеременно, с большей или меньшей частотой, меняет форму со статической на динамическую.
Обычно на практике эти аспекты сосуществуют, но при правильном выборе аппаратуры и соблюдении условий опыта экспериментатор может заставить один из них доминировать. Так, он может пропускать сквозь тело, или часть его, токи сравнительно большой величины при малом электрическом напряжении, либо он может подвергнуть тело большому электрическому напряжению, в то время, как ток будет крайне мал, или может, по желанию, подвергнуть пациента воздействию электрических волн, передаваемых на значительное расстояние.
В то время как на усмотрение врача оставался вопрос об исследовании специфического воздействия тока на организм и определения надлежащих методов лечения, различные варианты воздействия тока на пациента были очевидны для электрика. Поскольку невозможно переусердствовать в точности описания этого предмета, я полагаю полезным привести наглядные примеры некоторых способов построения цепей, которые, впрочем, очевидны для большинства.
Первый и самый простой метод применения тока — соединить тело пациента с выводами генератора, будь то динамо-машина или индукционная катушка. Рисунок 1 иллюстрирует данный случай. Генератор G может быть таким, что способен производить от пяти до десяти тысяч полных колебаний в секунду, эта цифра практически достижима. Электродвижущая сила, измеряемая при помощи прибора тепловой системы, может составлять от пятидесяти до ста вольт. Для того чтобы сквозь ткани проходил сильный ток, выводы ТТ, контактирующие с телом пациента, должны быть, конечно, большой площади и покрыты материей, пропитанной раствором электролита, безопасного для кожи, либо контакт осуществляется погружением. Регулирование силы тока производится через ванночку А, снабженную двумя металлическими выводами ТТ, имеющими значительную площадь, один из которых должен быть подвижным. Ванночка наполняется водой, а к ней добавляется раствор электролита до тех пор, пока не будет достигнут нужный уровень проводимости.
При необходимости использования тока небольшой силы и высокого напряжения, можно прибегнуть к помощи вторичной обмотки, как показано на рисунке 2. С самого начала я нашел удобным отойти от обычного метода намотки, когда имеется большое количество малых витков. По многим причинам врач сочтет более удобным взять большой обод Н, диаметром не менее, скажем, трех футов, желательно и более, и намотать на него несколько витков толстого кабеля Р. Вторичную обмотку S легко изготовить, взяв два деревянных обода hh и соединив их плотным картоном. Одного слоя обычного обмоточного провода, не слишком тонкого, будет вполне достаточно, а количество витков, необходимое именно для такого типа катушки, легко установить после некоторых опытных включений. Две пластины большой площади, образующие регулируемый конденсатор, можно использовать для синхронизации первичного и вторичного контуров, но в целом необходимости в этом нет. Таким образом, получаем недорогую катушку, которая противостоит пробою. Дополнительные ее преимущества, однако, обнаруживаются при идеальной регулировке, каковая достигается простым изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками, для чего возможность такого изменения надо сразу предусмотреть и, кроме того, в случае появления гармоник, которые более ярко выражены в катушках с таким толстым проводом, находящихся на некотором расстоянии от первичной обмотки.
Вышеописанные конструкции можно также использовать при работе с переменными или пульсирующими токами низкой частоты, но некоторые особенности токов высокой частоты позволяют применять последние таким способом, который абсолютно не подходит для первых.
Одной из наиболее важных особенностей токов высокой частоты, или, выражаясь обще, быстро меняющихся токов, является то, что они с трудом проходят по толстым проводникам с большой самоиндукцией. Препятствие, которое представляет собой самоиндукция для прохождения этих токов, настолько велико, что оказалось практически возможным, как обнаружено во время ранних опытов и о чем уже говорилось, поддерживать разность потенциалов в несколько "тысяч вольт между точками — на расстоянии не более нескольких дюймов друг от друга — на толстом медном бруске, имеющем ничтожно малое сопротивление. Такое наблюдение, естественно, привело к созданию конструкции, показанной на рисунке 3. Источником высокочастотных импульсов в данном случае служит уже известный нам трансформатор, питающийся от генератора G, подающего обычный постоянный или переменный ток. Трансформатор включает в себя первичную обмотку Р, вторичную обмотку S, два конденсатора СС, соединенных последовательно, петлю или виток очень толстого провода L и прерыватель Ь. С петли L ток отводится двумя контактами сс', один из которых или оба могут перемещаться вдоль провода L. Путем изменения расстояния между этими клеммами, можно получить на выводах или рукоятках ТТ разность потенциалов от нескольких вольт до многих тысяч. Такой метод работы с током полностью безопасен и крайне удобен, но он требует стабильной работы прерывателя Ъ, задействованного при заряде и разряде конденсатора.
Еще одно не менее замечательное свойство высокочастотных импульсов было обнаружено в устройстве, при помощи которого они передаются через конденсаторы, причем для прохождения большого объема тока требуется умеренная эдс и очень небольшая емкость. Такое наблюдение дало возможность прибегнуть к схеме, показанной на рисунке 4. Здесь схема соединения примерно та же, что и на рисунке 3, за исключением того, что конденсаторы СС соединены параллельно. Это понижает частоту тока, но позволяет работать со значительно меньшим напряжением на выводах вторичной обмотки S. Поскольку последняя — это наивысшая расходная статья в подобных устройствах и стоимость ее резко возрастает с каждым витком, экспериментатор увидит, что гораздо дешевле пожертвовать частотой, которой, однако, вполне достаточно для проведения большинства опытов. Однако для получения той же частоты ему лишь нужно пропорционально уменьшить количество витков либо увеличить длину первичной обмотки р, но поступая так, он потеряет в экономичности преобразования, да и прерыватель Ъ потребует к себе больше внимания. Вторичная обмотка S' высокой частоты соединена своими выводами с металлическими пластинами tt большой площади, и используемый ток снимается с подобных пластин ft', расположенных поблизости. Напряжение и количество тока, снимаемого с выводов ТТ, можно легко регулировать, причем постоянно, просто меняя расстояние между двумя парами пластин tt и ft' соответственно.
