
X射线公诸于世
X射线是德国物理学家威廉·康拉德·伦琴偶然发现的。
1896年1月5日,在柏林物理学会会议X射线被公诸于世。
基本介绍
- 中文名:X射线公诸于世
- 时间:1896年1月5日
- 位置:柏林物理学会会议
- 报导:维也纳《新闻报》
相关信息
1896年1月5日 X射线公诸于世 |
X射线 |
1896年1月5日,在柏林物理学会会议上展出了很多X射线的照片,同一天,维也纳《新闻报》也报导了发现X光的讯息。这一伟大的发现立即引起人们的极大关注,并很快传遍全世界。在几个月的时间里,数百名科学家为此进行调查研究,一年之中就有上千篇关于X射线的论文问世。 X射线是德国物理学家威廉·康拉德·伦琴在做一项试验的时候偶然发现的。伦琴于1845年生于德国的伦内普。1869年,他获得苏黎世大学的哲学博士学位。在以后的19年中,他在多所大学工作过,赢得了优秀科学家的名誉。1888年起,伦琴任维尔兹堡大学物理学院教授和院长。 1895年11月8日,伦琴像往常一样,吃过午饭后又钻进了实验室,摆弄当时最奇特的光学仪器――真空的“克鲁克斯――希托夫管”。傍晚,当他再次接通用黑纸包住的管子的电源,以研究其产生的阴极射线时,偶然发现约两米远的凳子上出现一片亮光。原来,那儿放着一块做别的实验用的涂有铂氰化钡(一种萤光物质)的硬纸板。他觉得很奇怪,是什幺原因使这原来并不发光的纸板发光了呢?他敏锐地猜测,很可能是管子发出的某种“东西”到达纸板,使铂氰钡发光,但不会是阴极射线,因为它仅能穿透几厘米的空气。于是他关闭电源,这时亮光消失,如此反覆几次,证实了他的猜测。由于管子发出的“东西”性质不确定,伦琴就把这种现象命名为“X光”――X是数学上通常採用的未知数符号。1896年1月23日,维尔兹堡大学教授克里克尔称“X光”为“伦琴射线”。一项改变世界面貌的发现就这样诞生了。 受这次偶然发现的激励,伦琴放下其他研究项目,集中精力调查X射线的特性。经研究他发现:X射线能使许多物质发光;X射线可以穿透不透光物质,他特别注意到,X射线能够透过他的肉体,只是为骨骼所阻,把手放在阴极射线管和萤光屏之间,能够在萤光屏上看到手骨的影子;X射线是直线,它与充电粒子束不同,不因磁场而折射……最后,伦琴以高超的实验技巧取得了9项关于X光重要性质的成果。由此可见,伦琴不是仅仅向萤光纸板方向看一眼就成为发现X光的巨人的,而是依靠敏锐的观察力、科学的预见力、準确的判断力、高超的实验力才成为杰出的科学家。1901年第一届诺贝尔物理学奖评选时,29封推荐信中就有17封集中推荐他。伦琴最终获得了第一次诺贝尔物理学奖金。 1923年,伦琴在德国慕尼黑病逝,终年78岁。 |
1896年1月5日 X射线公诸于世
X射线 1896年1月5日,在柏林物理学会会议上展出了很多X射线的照片,同一天,维也纳《新闻报》也报导了发现X光的讯息。这一伟大的发现立即引起人们的极大关注,并很快传遍全世界。在几个月的时间里,数百名科学家为此进行调查研究,一年之中就有上千篇关于X射线的论文问世。
X射线是德国物理学家威廉·康拉德·伦琴在做一项试验的时候偶然发现的。伦琴于1845年生于德国的伦内普。1869年,他获得苏黎世大学的哲学博士学位。在以后的19年中,他在多所大学工作过,赢得了优秀科学家的名誉。1888年起,伦琴任维尔兹堡大学物理学院教授和院长。
1895年11月8日,伦琴像往常一样,吃过午饭后又钻进了实验室,摆弄当时最奇特的光学仪器――真空的“克鲁克斯――希托夫管”。傍晚,当他再次接通用黑纸包住的管子的电源,以研究其产生的阴极射线时,偶然发现约两米远的凳子上出现一片亮光。原来,那儿放着一块做别的实验用的涂有铂氰化钡(一种萤光物质)的硬纸板。他觉得很奇怪,是什幺原因使这原来并不发光的纸板发光了呢?他敏锐地猜测,很可能是管子发出的某种“东西”到达纸板,使铂氰钡发光,但不会是阴极射线,因为它仅能穿透几厘米的空气。于是他关闭电源,这时亮光消失,如此反覆几次,证实了他的猜测。由于管子发出的“东西”性质不确定,伦琴就把这种现象命名为“X光”――X是数学上通常採用的未知数符号。1896年1月23日,维尔兹堡大学教授克里克尔称“X光”为“伦琴射线”。一项改变世界面貌的发现就这样诞生了。
受这次偶然发现的激励,伦琴放下其他研究项目,集中精力调查X射线的特性。经研究他发现:X射线能使许多物质发光;X射线可以穿透不透光物质,他特别注意到,X射线能够透过他的肉体,只是为骨骼所阻,把手放在阴极射线管和萤光屏之间,能够在萤光屏上看到手骨的影子;X射线是直线,它与充电粒子束不同,不因磁场而折射……最后,伦琴以高超的实验技巧取得了9项关于X光重要性质的成果。由此可见,伦琴不是仅仅向萤光纸板方向看一眼就成为发现X光的巨人的,而是依靠敏锐的观察力、科学的预见力、準确的判断力、高超的实验力才成为杰出的科学家。1901年第一届诺贝尔物理学奖评选时,29封推荐信中就有17封集中推荐他。伦琴最终获得了第一次诺贝尔物理学奖金。
1923年,伦琴在德国慕尼黑病逝,终年78岁。

射线
(英语:X-ray),又被称为艾克斯射线、伦琴射线或X射线,是一种波长範围在0.01纳米到10纳米之间(对应频率範围30PHz到30EHz)的电磁辐射形式。X射线最初用于医学成像诊断和X射线结晶学。X射线也是游离辐射等这一类对人体有危害的射线。
X射线波长範围在较短处与伽马射线较长处重叠。

历史
早期X射线重要的研究者有Ivan Pului教授、威廉·克鲁克斯爵士、约翰·威廉·希托夫、欧根·戈尔德斯坦、海因里希·鲁道夫·赫兹、菲利普·莱纳德、亥姆霍兹、尼古拉·特斯拉、爱迪生、查尔斯·巴克拉、马克思·冯·劳厄和威廉·伦琴。
一台水冷X射线管的图纸(简化/过时)
1869年物理学家约翰·威廉·希托夫观察到真空管中的阴极发出的射线。当这些射线遇到玻璃管壁会产生萤光。1876年这种射线被欧根·戈尔德斯坦命名为"阴极射线"。随后,英国物理学家克鲁克斯研究稀有气体里的能量释放,并且製造了克鲁克斯管。这是一种玻璃真空管,内有可以产生高电压的电极。他还发现,当将未曝光的相片底片靠近这种管时,一些部分被感光了,但是他没有继续研究这一现象。1887年4月,尼古拉·特斯拉开始使用自己设计的高电压真空管与克鲁克斯管研究X射线。他发明了单电极X射线管,在其中电子穿过物质,发生了现在叫做轫致辐射的效应,生成高能X射线射线。1892年特斯拉完成了这些实验,但是他并没有使用X射线这个名字,而只是笼统成为放射能。他继续进行实验,并提醒科学界注意阴极射线对生物体的危害性,但他没有公开自己的实验成果。1892年赫兹进行实验,提出阴极射线可以穿透非常薄的金属箔。赫兹的学生伦纳德进一步研究这一效应,对很多金属进行了实验。亥姆霍兹则对光的电磁本性进行了数学推导。
伦琴拍摄的一张X射线照片,伦琴夫人的手骨与戒指
1895年11月8日德国科学家伦琴开始进行阴极射线的研究。1895年12月28日他完成了初步的实验报告“一种新的射线”。他把这项成果发布在维尔茨堡的Physical-Medical Society杂誌上。为了表明这是一种新的射线,伦琴採用表示未知数的X来命名。很多科学家主张命名为伦琴射线,伦琴自己坚决反对,但是这一名称直至今日仍然被广泛使用,尤其在德语国家。1901年伦琴获得诺贝尔物理学奖。
1895年爱迪生研究了材料在X射线照射下发出萤光的能力,发现钨酸钙最为明显。1896年3月爱迪生髮明了萤光观察管,后来被用于医用X射线的检验。然而1903年爱迪生终止了自己对X射线的研究,因为他公司的一名玻璃工人喜欢将X射线管放在手上检验,得上了癌症,儘管进行了截肢手术仍然没能挽回生命。巴克拉发现X射线能够被气体散射,并且每一种元素有其特徵X谱线。他因此获得了1917年诺贝尔物理学奖。
在20世纪80年代,X射线雷射器被设定为隆纳·雷根总统的战略主动防御计画的一部分。然而对该装置(一种类似雷射炮,或者死亡射线的装置,由热核反应提供能量)最初的、同时也是仅有的试验并没有给出结论性的结果。同时,由于政治和技术的原因,整体的计画(包括X射线雷射器)被搁置了(然而该计画后来又被重新启动——使用了不同的技术,并作为布希总统国家飞弹防御计画的一部分)。
在20世纪90年代,哈佛大学建立了Chandra X射线天文台,用来观测宇宙中强烈的天文现象中产生的X射线。与从可见光观测到的相对稳定的宇宙不同,从X射线观测到的宇宙是不稳定的。它向人们展示了恆星如何被黑洞绞碎,星系间的碰撞,超新星和中子星。
射线的产生
X射线波长略大于0.5nm的被称作软X射线。波长短于0.1纳米的叫做硬X射线。硬X射线与波长长的(能量小)伽马射线範围重叠,二者的区别在于辐射源,而不是波长:X射线光子产生于高能电子加速,伽马射线则来源于原子核衰变。
产生X射线的最简单方法是用加速后的电子撞击金属靶。撞击过程中,电子突然减速,其损失的动能会以光子形式放出,形成X射线光谱的连续部分,称之为制动辐射。通过加大加速电压,电子携带的能量增大,则有可能将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴,外层电子跃迁回内层填补空穴,同时放出波长在0.1纳米左右的光子。由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的,所以放出的光子的波长也集中在某些部分,形成了X射线谱中的特徵线,此称为特性辐射。
此外,高强度的X射线亦可由同步加速器或自由电子雷射产生。同步辐射光源,具有高强度、连续波长、光束準直、极小的光束截面积并具有时间脉波性与偏振性,因而成为科学研究最佳之X射线光源。..
探测器
X射线的探测可基于多种方法。最普通的一种方法叫做照相底板法,这种方法在医院里经常使用。将一片照相底片放置于人体后,X射线穿过人体内软组织(皮肤及器官)后会照射到底片,令这些部位于底片经显影后保留黑色;X射线无法穿过人体内的硬组织,如骨或其他被注射含钡或碘的物质,底片于显影后会显示成白色。光激影像板(en:image plate)因容易数位化,在少部分医院已取代传统底片。另一方法是利用X射线照射在特定材质上以产生萤光,例如碘化钠(NaI)。科学研究上,除了使用X射线CCD,也利用X射线游离气体的特性,使用气体游离腔做为X射线强度之侦测。这些方法只能显示出X射线的光子密度,但无法显示出X射线的光子能量。X射线光子的能量通常以晶体使X射线衍射再依布拉格定律(Bragg's law)计算出。
射线衍射
在晶体学研究上,劳厄发现了X射线通过晶体之后产生的衍射现象,即X射线衍射。布拉格则使用布拉格定律对衍射关係进行了定量的描述。
医学用途
X射线下的六指手掌
伦琴发现X射线后仅仅几个月时间内,它就被套用于医学影像。1896年2月,苏格兰医生约翰·麦金泰尔在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科。
放射医学是医学的一个专门领域,它使用放射线照相术和其他技术产生诊断图像。的确,这可能是X射线技术套用最广泛的地方。X射线的用途主要是探测骨骼的病变,但对于探测软组织的病变也相当有用。常见的例子有胸腔X射线,用来诊断肺部疾病,如肺炎、肺癌或肺气肿;而腹腔X射线则用来检测肠道梗塞,自由气体(free air,由于内脏穿孔)及自由液体(free fluid)。某些情况下,使用X射线诊断还存在争议,例如结石(对X射线几乎没有阻挡效应)或肾结石(一般可见,但并不总是可见)。
藉助计算机,人们可以把不同角度的X射线影像合成成三维图像,在医学上常用的电脑断层扫描(CT扫描)就是基于这一原理。
X射线穿透能力与其频率有关,利用其容易被高原子序数材料吸收的特点,防护上一般可用2-3mm左右的铅板加以禁止。
美国艾伯特.C.盖瑟曾利用X射线製造出美容除毛机并建立崔可公司,但因为辐射使他罹患癌症,最后为避免癌症扩散,他切除了右手,而X射线的美容除毛机也导致数百万名妇女出现皱纹、色斑、感染、溃疡,甚至皮肤癌等症状。