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X射线的发现

什么是X射线?

        X射线(英语:X-ray),又称为伦琴射线或X光,是一种波长范围在0.01纳米到10纳米之间的一种电磁波。电磁波是在空间传播着的交变电磁场,我们按照电磁波的波长和频率进行分类(如下图所示),人们常见的电磁波有可见光和无线电波,而X射线的波长要短得多,在穿透物质的过程中,X射线的一部分被物质吸收,一部分经过物质原子间隙透过,X射线的波长越短,其穿透效应越强。


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电磁波谱

摘自北京科学中心百家号


X射线的发现

        X 射线的发现源于阴极射线的研究。19 世纪末,许多科学家都在研究阴极射线,1891 年,德国物理学家赫兹 (H. Hertz,1857~1894) 发现阴极射线可穿透放电管内的金属箔片,1893 年,赫兹的学生勒纳德 (P.Lenard,1862~1947) 继续研究,试图将阴极射线引出放电管外,以便于研究射线的性质,因此他将放电管壁上正对阴极的地方制作一个铝制的小窗口。他发现,阴极射线在大气中的射程只有几厘米。而伦琴相信,一定还有一些问题需要解决,并于 1895 年 10 月开始研究阴极射线。

        在开始一个新的课题前,伦琴总要先重复别人的工作。伦琴为了避免环境光的影响,他用黑纸把放电管包严,在完全遮光的暗室内进行实验。他用一张涂有氰亚铂酸钡的纸板作为荧光屏,他利用比勒纳德更高的电压和真空度,看看阴极射线是否能射入空气更远些。当放电管加上大电压时,他发现,在黑暗中距离放电管约 1 米处的荧光屏发出微弱的闪光。断开电源,闪光消逝;再次加上电压,闪光重现;他把纸屏移至两米多远或把纸屏翻过来仍有荧光出现。

        射线可透过铝制窗口达一米多远的荧光屏产生荧光,实际上阴极射线打在铝制的小窗口出来的就是 X射线,有人将此射线称为“勒纳德射线”,但是勒纳德并没有深入研究,由此错过了 X 射线的发现。伦琴继续阴极射线的研究,才有了新的发现。

        伦琴意识到,新的射线不应是阴极射线,因为阴极射线是不能透过黑纸板,而且在空气中的射程只有几厘米。对此,他废寝忘食地不断重复,最后发现,新的射线可以直线传播,遇到障碍物既不反射,也不折射,在外界磁场下也不偏转;射线具有非常强的穿透本领,能透过上千页的书,甚至几毫米厚的铝板,但不能透过几毫米厚的铅板。他还发现,这种射线能透过手掌而在荧光屏上显现出手指骨的轮廓,他用这种射线给他夫人的手拍了一张照片,其指骨清晰,甚至结婚戒指也清晰显露出来。

        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杂志上。为了表明这是一种新的射线,伦琴采用表示未知数的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,但是伦琴射线这一名称至今仍然被广泛使用,尤其在德语国家。1901年伦琴获得诺贝尔物理学奖。


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伦琴夫人手部的X射线照片

(摘自www.nlm.nih.gov/exhibition/dreamanatomy/da_g_Z-1.html


 X 射线的发现,为物理、化学、生物学、医学、天文学等学科的发展提供了革命性的手段和广阔的前景,也为相关学科造就了数十名诺贝尔奖获得者。尤其在物理学领域,物理学家们对于 X 射线的研究推动了物理学自身的发展。

        淡泊名利的伦琴:科学家忙着研究可谓司空见惯,但他居然忙得连领诺贝尔奖都没空。 当诺贝尔委员会邀请他前往斯德哥尔摩领奖,伦琴的回信却出人意料:“前往斯德哥尔摩的路途遥远,需向校长请假才行,麻烦得很。可以将奖牌与奖金寄过来吗?”瑞典的答覆是:“奖牌不能寄,还是请阁下亲自到来。”伦琴无奈地到了斯德哥尔摩,但他领奖后就立即打道回府,连获奖后的例行讲座也取消了。


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