Nem sokan ismerik William David Coolidge nevét, pedig hosszú időn keresztül nap mint nap használtuk és sok helyen még ma is használjuk a találmányát, a volframszálas izzót, ami végre hosszabb élettartamúvá tette a korábbi kezdetleges izzókat. Ugyancsak kevesen tudják, hogy az ő találmánya a hatékony és egészségre sokkal kevésbé káros, forrókatódos röntgencső kifejlesztése. Előremutató találmányait az elektroncsövek továbbfejlesztésében is felhasználták, neve mégis homályban maradt. Az amerikai feltaláló 150 éves születésnapja alkalmából ezt a hiányt igyekszünk némileg enyhíteni életútjának az ismertetésével és a találmányai létrejöttének a bemutatásával.

William David Coolidge 1873. október 23-án született Massachusetts állam Hudson nevű településén, egy kis tanyán. Apja, Albert Coolidge farmer volt, aki egy cipőgyárban volt részmunkaidős alkalmazott, anyja Martha Shattuck pedig varrónőként egészítette ki a család jövedelmét. William volt az egyetlen gyermekük.

Coolidge a falu egyetlen osztályteremből álló iskolájában, majd a helyi középiskolában végezte a tanulmányait. Innen nyerte el az állami ösztöndíjat a Massachusetts Institute of Technology (MIT) falai közé, ahol 1891-ben kezdte meg a tanulmányait. Fizikai kémiai és elektromérnöki tanulmányokból szerezte meg a BSc fokozatát 1896 nyarán. Ezalatt ismerkedett meg Willis Whitney-vel, aki később híres amerikai vegyész lett és aki Coolidge saját szavai szerint nagy befolyással volt a későbbi karrierjére.

Whitney rábeszélte Coolidge-t, hogy Németországban, a Lipcsei Egyetemen folytassa a tanulmányait, ahol ő is megszerezte a PhD fokozatát. Így Coolidge még 1896 őszén Lipcsébe települt át és Paul Drude német fizikus vezetése alatt 1899-ben ő is doktorált. A Lipcsében töltött évek alatt megismerkedett Wilhelm Roentgennel, akit éppen egy egyetemi pozíció betöltésére igyekeztek megnyerni. Ennek hatása lett későbbi munkásságára is.

Visszatérve Amerikába, a következő öt évet az MIT-n töltötte, ahol Arthur Noyce vegyész asszisztenseként dolgozott és tanult a Vegyészeti Fakultáson. 1905-ben elhagyta az MIT-t és a General Electric új, New York állambeli Schenectady-ban felállított kutatólaboratóriumában folytatta munkáját. A laboratórium első igazgatója Willis Whitney volt, ez megmagyarázza a váltás hátterét is. Az első feladata az izzólámpák izzószálának a megújítása volt. A Thomas Alva Edison nevével fémjelzett találmány, az izzólámpa sok fejlesztésen ment keresztül és sok feltaláló neve kötődött hozzá, de ekkor még csak olyan izzót tudtak gyártani, melynek az izzószála vagy hamar tönkrement vagy pedig nagyon drága volt, mert platina vagy ozmiumszálat használtak izzószál gyanánt. Elméletileg a volfram volt a leginkább alkalmas erre a célra a magas olvadáspontja (3422 °C) és a tartóssága miatt, de ez egy törékeny fém volt, amivel csak nehezen lehetett dolgozni. Coolidge úgy találta, hogy alacsonyabb hőmérsékleten könnyebb dolgozni a volframmal, majd 1910-ben kidolgozott egy porkohászati eljárást, amivel létre lehetett hozni a hajlékony volframszálat. Az így készült izzók sokkal hosszabb élettartamúak és tartósabbak voltak, sőt ezeket már járművekben is lehetett használni, mert elviselték az állandó rázkódást. A General Electric 1911-től ezzel az eljárással gyártotta az izzólámpákat és ez hamarosan a fő bevételi forrásává vált. Coolidge 1912 nyarán szabadalmaztatta az eljárását, amire US 1 082 933 lajstromszámon meg is kapta a szabadalmi védettséget, de 1928-ban egy amerikai bíróság úgy döntött, hogy az 1913-as szabadalma nem számít újításnak.

Csak érdekességként tegyük hozzá, hogy két bécsi műszaki főiskolai tanársegéd, dr. Just Sándor és Hanaman Ferenc már 1904. december 13-án szabadalmaztattak egy volframizzószál-gyártási eljárást. Ennek a lényege az volt, hogy egy szénszálra volframszuszpenziót vittek fel, majd – miután a volfram felvette a szénszál alakját – a szénszálat hevítéssel eltávolították. Az Egyesült Izzólámpa és Villamossági Rt. még a szabadalom megjelenése napján megvette tőlük a szabadalmi jogot és kidolgozták a gyártás részleteit. Ehhez a két feltaláló mérnököt is felvették, akik vezető szerepet játszottak ebben a gyártás előkészítésében. Így aztán volframszálas izzót először az Egyesült Izzólámpa és Villamossági Rt. gyártott. A terméket a volfram angol nevéből (tungsten) és a volfram szóból hozták létre, így jött létre a Tungsram márkanév. Coolidge találmánya aztán ezt a fajta izzógyártást is nyugdíjba küldte, de a Tungsram akkor már Európa-szerte ismert márkanév lett.

Coolidge ezek után azon kezdett el dolgozni, hogy hol lehet még jól felhasználni a létrehozott volframszálat, hol lehetne ezzel helyettesíteni a drága és rosszabb tulajdonságokkal rendelkező platina elektródát. Ekkor gondolt vissza a Wilhelm Roentgennel Lipcsében folytatott beszélgetéseire. Roentgen 1895-ben fedezte fel azt a sugárzást, amit később róla neveztek el, akkor még csak „x-ray” néven emlegették. A felfedezése után jelentek meg az x-sugarat létrehozó elektroncsövek, melyekben a katód és az anód közé kapcsolt feszültség hatására a csőben lévő pozitív gázionok a katódnak ütközve kiváltották az elektronok áramlását. Ez az elektronáram a platinának ütközve – miközben felmelegítette azt – létrehozta a röntgensugárzást. Ennek a technológiának az volt a fő problémája, hogy használat közben a platina annyira felmelegedett, hogy párologni kezdett és kicsapódott az elektroncső belső felületén, lerontva annak a hatásfokát. Ezeket a röntgencsöveket a feltalálója után Crookes-csöveknek hívták.

Mivel Coolidge tisztában volt vele, hogy a használható fémek közül a volfram párolog a legkevésbé, adódott a kézenfekvő megoldás, kicserélte az anódot a korábbi platina helyett volframra. Az eredmény azonban lehangoló volt egészen addig, míg ki nem derült, hogy éppen a csőben lévő gáz miatt nem működik megfelelően a megoldás. Ha viszont a gázt eltávolítja, akkor nem lesz, ami megindítja a katódon az elektronok áramlását. Valami mást kellett tehát kitalálni az elektronáramlás megindítására.

Szerencsére Coolidge egy munkatársa, Irving Langmuir kidolgozta a termikus emisszió létrehozását olyan csövekben, ahol már nem a csőben lévő gáz váltja ki az elektronáramlást, hanem a fűtött katód. Valójában ez egy újrafelfedezés volt, hiszen Thomas Alva Edison már az izzólámpával végzett kísérletei során detektálta ezt a jelenséget, de különösebben nem foglalkozott vele. Ezzel a módszerrel tehát teljes vákuumban is létre lehetett hozni az elektronok folyamának a megindítását. Langmuir tehát nekilátott annak a higanygőzös pumpának a kidolgozásához, mellyel közel teljes vákuumot lehetett létrehozni az elektroncsőben, míg Coolidge kidolgozta az új x-sugárcső gyakorlati kivitelezését. Ebben a katód is, az anód is volframból készült és a fűthető katód kettős célt szolgált. Egyrészt a fűtés hőfokának a beállításával szabályozott elektronáramlást lehetett létrehozni, másrészt pedig ez a katód szolgált a csőben lévő gyorsítófeszültség létrehozására, azaz az elektronáramlás erősségének a beállításához. Így a korábbi Crookes-csőhöz képest egy sokkal jobban szabályozható röntgencsövet hozott létre, melyet Coolidge-csőnek neveztek.

Az előnyök hamar megmutatkoztak. Ez a megoldás sokkal megbízhatóbbnak és tartósabbnak bizonyult, mert a Crookes-csövek rövid idő alatt, mindig váratlanul, minden előzmény nélkül mentek tönkre. Ami viszont sokkal fontosabb volt, itt már egymástól függetlenül lehetett szabályozni az elektronkibocsátás intenzitását és a csőben létrehozott gyorsítófeszültséget. Ez sokkal használhatóbbá tette a röntgenberendezéseket, mert az orvosi alkalmazáshoz lehetett beállítani a szükséges paramétereket, a röntgensugázás keménységét és az erősségét. Nem utolsó sorban pedig ennek a csőnek a másodlagos sugárzása sokkal kisebb volt, ami megvédte a röntgenorvosokat az összeadódó dózisok egészségügyi hatásaitól.

Eredményeit először a Physical Review 1913 decemberi számában publikálta, az első elkészült csövet pedig a Cornell University radiológia professzorának, Louis Gregory Cole-nak a Manhattanban lévő rendelőjében telepítette. Cole sokkal hatékonyabbnak ítélte meg a csövet, mint a korábbiakat és pozitív tapasztalatait az American Journal of Roentgenology 1914-es első számában foglalta össze. A Coolidge-cső ezek után igen gyorsan elterjedt és alapvetően mind a mai napig ennek a korszerűsített változatát használják a radiológiában. A feltaláló még 1913-ban benyújtotta szabadalmi beadványát a fűtött katódos megoldásra és US 1203495 lajstromszámon 1916. október 31-én meg is kapta a szabadalmi védettséget.

Az első világháború alatt a General Electric azt a feladatot kapta az amerikai kormányzattól, hogy dolgozzon ki megoldást a német tengeralattjárók detektálására. A szövetségesek ugyanis sok kereskedelmi hajót vesztettek el a német torpedók támadásai következtében. Ehhez Coolidge kidolgozott egy módosított csövet, melynek a segítségével időben észlelni lehetett a potenciális támadókat. Ezeket az amerikai és brit tengeralattjárókon telepítették, s ezzel meg lehetett előzni a támadások jó részét.

A világháború után Coolidge már a radiológiai terápiához kezdett el nagyobb teljesítményű csöveket fejleszteni. Ezek a 200-300 kV-os eszközök sokkal nagyobb intenzitású röntgensugárzást tudtak létrehozni, s itt már nem is a röntgenkép készítése, hanem a röntgenbesugárzás volt a fő cél. Később létrehozta a 900 kV-os röntgencsövet is. A témában számos újabb szabadalmat adott be és valósította meg az eszközöket. Összesen 83 szabadalom fűződik a nevéhez. Közben Willis Whitney nyugdíjba menetele után átvette a GE labor igazgatósági pozícióját és 1940-ben már a GE alelnöke valamint a fejlesztési igazgatója lett.

Amikor az USA belépett a második világháborúba, akkor Coolidge csatlakozott Roosevelt elnök Uranium projektjének a tanácsadó testületéhez. Ez a tanácsadó testület fektette le a Manhattan projekt tudományos alapjait, melynek a célja az atombomba kifejlesztése volt.

Coolidge 70 éves korában, 1945-ben vonult nyugdíjba, amikor megkapta a Director Emeritus címet, amit aztán egészen a haláláig – még harmincegy évig – viselt.

Magánéletéről keveset tudunk, 1908-ban nősült meg, a felesége Ethel Woodward azonban 1915 februárjában egy súlyos betegség után nagyon korán elhunyt. Két gyermekük lett ebből a házasságból, Elisabeth és Lawrence. 1916-ban újra nősült, ekkor a házvezetőnőjét, Dorothy MacHaffie-t vette feleségül, aki a két gyermeket is gondozta Ethel halála után. Dorothy 1969-ben hunyt el.

William Coolidge 100 éves korában bekerült az 1973-ban alapított Nemzeti Feltaláló Hírességek Csarnokába, ő az egyetlen személy, aki még maga is megélte ezt a megtiszteltetést. Végül 1975. február 4-én, 101 éves korában hunyt el, ezzel az igen hosszú élettel is igazolva, hogy röntgencsöveinek nem volt különösebb negatív élettani hatása, miközben hosszú időn keresztül éjjel-nappal ezek fejlesztésével és tesztelésével foglalkozott.

 

dr. Bartolits István