什么是伦琴射线,X射线的发现

  73.威廉·康拉德·伦琴
[美]迈克尔·H·哈特 著 苏世军 周宇 译

永利402com官方网站 1 姓名:威廉·康拉德·伦琴 国籍:德国.尼普镇 年代:1845-1923 职位:科学家(X射线发现人)

1896年初,一件科学发现轰动了世界各国的大学和科学院。科学家们一碰头就会询问和议论:“你看到那篇科学论文了吗?德国伦琴教授的。”

永利402com官方网站 2 伦琴射线直到今天最重要的应用领域仍然是医学诊断,伦琴的发现不仅对医学诊断有重大影响,同时也影响了20世纪许多重大科学成就的出现。 什么是伦琴射线 X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流,是波长介于紫外线和γ射线 之间的电磁波。其波长很短约介于0.01~100埃之间。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。 伦琴射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光,使照相底片感光以及空气电离等效应。波长小于0.1埃的称超硬X射线,在0.1~1埃范围内的称硬X射线,1~100埃范围内的称软X射线。 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。 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光光谱的连续部分,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光谱中的特征线,此称为特性辐射。 永利402com官方网站,伦琴发现X射线的故事 1895年11月8日,伦琴把实验室的门关的紧紧的,一个人在那里进行阴极射线的研究,在出现阴极射线时,旁边涂有氰化铂钡的荧光屏上,似乎也发出点蓝白色的光。阴极射线是不能通过玻璃管壁的,尤其是伦琴自己精心制造的装置,阴极射线漏出来也是不可能的。伦琴把玻璃管用黑纸紧紧地蒙上,通电后阴极射线发出的光被遮住了,氰化铂钡却依然发亮。断电时就不见了,伦琴用10张黑纸包着玻璃管或以铝板把玻璃管和荧光屏隔开,荧光屏仍亮着;把厚铅板夹在里面试试,亮光突然消失,铅板一拿开,又重新发亮。伦琴把手插进去一看,在荧光屏上模模糊糊有手骨的形象,手的轮廓也隐约可见,由于这是一种性质不明的新射线,就姑且称为“X线”。为了仔细研究X线,伦琴把床也搬进了实验室,整整7个星期,伦琴埋首在“X线”中。圣诞节前夕,夫人别鲁塔来到实验室,他把她的手放到照相底板上用“X线”照了一张照片,这是人类的第一张X线照片,伦琴亲自在照相底板上用钢笔写上1895,12,22。别鲁塔看到照片惊叹不已,问:“这个圆环是什么?”,“是我们的结婚戒指!”。这时他们完全沉醉幸福之中了。 1895年12月28日伦琴把《关于一种新的射线》为题的论文送交威茨堡物理学会和医学协会会长手里,他以严密的文笔,将7个星期的研究结果,写成16个专题。这年正是伦琴50年华诞。这是他为人类奉献的一份最珍贵的礼物。 次年1月5日论文副本在《维也纳日报》星期版的头版头条作了详细的报道。这一伟大的发现立即传遍了全世界。1月13日下午5时,伦琴应邀在德皇威廉二世和皇后御前作讲演和表演,德皇与他共进晚餐并授予二级宝冠勋章和勋位,并批准在波茨坦桥旁为他建立塑像的荣誉。1月23日在再作了公开演讲后,他的好友柯立卡,一位解剖学教授建议以“伦琴线”命名此新射线作为纪念,大学生也于当晚举行了火炬游行以示庆祝。但伦琴说:“假如没有前人的卓越研究,我X线发现是很难实现的”。谦虚的态度、高尚的品格,伦琴不愧是我们光辉的楷模。 1900年任慕尼黑大学物理学教授和物理研究所主任。

公元1845~公元1923

    X射线的发现者威廉·康拉德·伦琴于1845年出生在德国尼普镇。他于1869年从苏黎世大学获得哲学博士学位。在随后的十九年间,伦琴在一些不同的大学工作,逐步地赢得了优秀科学家的声誉。1888年他被任命为维尔茨堡大学物理所物理学教授兼所长。1895年伦琴在这里发现了X射线。

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X射线的发现者威廉·康拉德·伦琴于1845年出生在德国尼普镇。他于1869年从苏黎世大学获得哲学博士学位。在随后的十九年间,伦琴在一些不同的大学工作,逐步地赢得了优秀科学家的声誉。1888年他被任命为维尔茨堡大学物理所物理学教授兼所长。1895年伦琴在这里发现了X射线。

    1895年9月8日这一天,伦琴正在做阴极射线实验。阴极射线是由一束电子流组成的。当位于几乎完全真空的封闭玻璃管两端的电极之间有高电压时,就有电子流产生。阴极射线并没有特别强的穿透力,连几厘米厚的空气都难以穿过。这一次伦琴用厚黑纸完全覆盖住阴极射线,这样即使有电流通过,也不会看到来自玻璃管的光。可是当伦琴接通阴极射线管的电路时,他惊奇地发现在附近一条长凳上的一个荧光屏(镀有一种荧光物质氰亚铂酸钡)上开始发光,恰好象受一盏灯的感应激发出来似的。他断开阴极射线管的电流,荧光屏即停止发光。由于阴极射线管完全被覆盖,伦琴很快就认识到当电流接通时,一定有某种不可见的辐射线自阴极发出。由于这种辐射线的神密性质,他称之为“X射线”——X在数学上通常用来代表一个未知数。

伦琴

1895年9月8日这一天,伦琴正在做阴极射线实验。阴极射线是由一束电子流组成的。当位于几乎完全真空的封闭玻璃管两端的电极之间有高电压时,就有电子流产生。阴极射线并没有特别强的穿透力,连几厘米厚的空气都难以穿过。这一次伦琴用厚黑纸完全覆盖住阴极射线,这样即使有电流通过,也不会看到来自玻璃管的光。可是当伦琴接通阴极射线管的电路时,他惊奇地发现在附近一条长凳上的一个荧光屏(镀有一种荧光物质氰亚铂酸钡)上开始发光,恰好象受一盏灯的感应激发出来似的。他断开阴极射线管的电流,荧光屏即停止发光。由于阴极射线管完全被覆盖,伦琴很快就认识到当电流接通时,一定有某种不可见的辐射线自阴极发出。由于这种辐射线的神密性质,他称之为“X射线”——X在数学上通常用来代表一个未知数。

    这一偶然发现使伦琴感到兴奋,他把其它的研究工作搁置下来,专心致志地研究X射线的性质。经过几周的紧张工作,他发现了下例事实。(1)X射线除了能引起氰亚铂酸钡发荧光外,还能引起许多其它化学制品发荧光。(2)X射线能穿透许多普通光所不能穿透的物质;特别是能直接穿过肌肉但却不能透过骨胳,伦琴把手放在阴极射线管和荧光屏之间,就能在荧光屏上看到他的手骨。(3)X射线沿直线运行,与带电粒子不同,X射线不会因磁场的作用而发生偏移。

“你知道吗?发现了一种看不见的射线――X射线,它能穿透各种东西。“昨天用我们实验室里的阴极射线管作了实验,真有这种射线,奇妙极了!”

这一偶然发现使伦琴感到兴奋,他把其它的研究工作搁置下来,专心致志地研究X射线的性质。经过几周的紧张工作,他发现了下例事实。(1)X射线除了能引起氰亚铂酸钡发荧光外,还能引起许多其它化学制品发荧光。(2)X射线能穿透许多普通光所不能穿透的物质;特别是能直接穿过肌肉但却不能透过骨胳,伦琴把手放在阴极射线管和荧光屏之间,就能在荧光屏上看到他的手骨。(3)X射线沿直线运行,与带电粒子不同,X射线不会因磁场的作用而发生偏移。

    1895年12月伦琴写出了他的第一篇X射线的论文,发表后立即引起了人们极大的兴趣和振奋。在短短的几个月内就有数以百计的科学家在研究X射线,在一年之内发表的有关论文大约就有一千篇!在伦琴发明的直接感召下而进行研究的科学家当中有一位是安托万·亨利·贝克雷尔。贝克雷尔虽然是有意在做X射线的研究,但是却偶然发现了甚至更为重要的放射现象。

这到底是怎么回事呢?

1895年12月伦琴写出了他的第一篇X射线的论文,发表后立即引起了人们极大的兴趣和振奋。在短短的几个月内就有数以百计的科学家在研究X射线,在一年之内发表的有关论文大约就有一千篇!在伦琴发明的直接感召下而进行研究的科学家当中有一位是安托万·亨利·贝克雷尔。贝克雷尔虽然是有意在做X射线的研究,但是却偶然发现了甚至更为重要的放射现象。

    在一般情况下,每当用高能电子轰击一个物体时,就会有X射线产生。X射线本身并不是由电子而是由电磁波构成的。因此这种射线与可见辐射线(即光波)基本上相似,不过其波长要短得多。

原来,1895年10月间,德国波恩的物理学教授伦琴在实验室内装起了阴极射线管,开始研究阴极射线。过了不久,实验室中发生了一件怪事,有一包用黑纸包得很好的照相底片全部感了光。再去买来一包新的底片放在实验室里,过了几天一检查,又都感光了。这可是从来没有发生过的事。

在一般情况下,每当用高能电子轰击一个物体时,就会有X射线产生。X射线本身并不是由电子而是由电磁波构成的。因此这种射线与可见辐射线(即光波)基本上相似,不过其波长要短得多。

    当然X射线的最著名的应用还是在医疗(包括口腔)诊断中。其另一种应用是放射性治疗,在这种治疗当中X射线被用来消灭恶性肿瘤或抑制其生长。X射线在工业上也有很多应用,例如,可以用来测量某些物质的厚度或勘测潜在的缺陷。X射线还应用于许多科研领域,从生物到天文,特别是为科学家提供了大量有关原子和分子结构的信息。

伦琴想:过去没发生过的事,现在发生了,现在和过去不同的是实验室内新安装了阴极射线管。

当然X射线的最著名的应用还是在医疗(包括口腔)诊断中。其另一种应用是放射性治疗,在这种治疗当中X射线被用来消灭恶性肿瘤或抑制其生长。X射线在工业上也有很多应用,例如,可以用来测量某些物质的厚度或勘测潜在的缺陷。X射线还应用于许多科研领域,从生物到天文,特别是为科学家提供了大量有关原子和分子结构的信息。

    发现X射线的全部功劳都应归于伦琴。他独自研究,他的发现是前所未料的,他对其进行了极佳的追踪研究,而且他的发现对贝克雷尔及其他研究人员都有重要的促进作用。

是不是阴极射线使底片感光了呢?

发现X射线的全部功劳都应归于伦琴。他独自研究,他的发现是前所未料的,他对其进行了极佳的追踪研究,而且他的发现对贝克雷尔及其他研究人员都有重要的促进作用。

    然而人们不要过高地估计伦琴的重要性。X射线的应用当然很有益处,但是不能认为它如同法拉第电磁感应的发现一样,改变了我们的整个技术;也不能认为X射线的发明在科学理论中有其真正重大的意义。人们知道紫外线(波长要比可见光短)已近一个世纪了,X射线与紫外线相类似,但是它的波长比紫外线还要短,它的存在与经典物理学的观点完全相符。总之,我认为完全有理由把伦琴远排在贝克雷尔之后,因为贝克雷尔的发现具有更重大的意义。

为了避免再发生底片自动感光的事件,11月8日晚上,他把阴极射线管用厚的黑纸包了起来,接通了电源,看了看,果然看不到射线管壁发出荧光了。接着他收拾了一下实验室,关掉电灯就离开。走了不远,他猛然想起,阴极射线管的电源还没有关,于是他又走回实验室。

然而人们不要过高地估计伦琴的重要性。X射线的应用当然很有益处,但是不能认为它如同法拉第电磁感应的发现一样,改变了我们的整个技术;也不能认为X射线的发明在科学理论中有其真正重大的意义。人们知道紫外线(波长要比可见光短)已近一个世纪了,X射线与紫外线相类似,但是它的波长比紫外线还要短,它的存在与经典物理学的观点完全相符。总之,我认为完全有理由把伦琴远排在贝克雷尔之后,因为贝克雷尔的发现具有更重大的意义。

    伦琴目己没有孩子,但他和妻子抱养了一个女儿。1901年伦琴获得诺贝尔物理奖,是获得该项奖的头一个人。他于1923年在德国慕尼黑与世长辞。

推开门,在漆黑的实验室里他看到,有一处在闪闪发着绿光。打开电灯一看,原来是一块涂有铂氰酸钡的荧光屏在发着绿光。

伦琴目己没有孩子,但他和妻子抱养了一个女儿。1901年伦琴获得诺贝尔物理奖,是获得该项奖的头一个人。他于1923年在德国慕尼黑与世长辞。

他把阴极射线管的电源关掉,再关上电灯,这时候荧光屏不再发光了。他摸黑把阴极射线管的电源重新接通,荧光屏又发光了。

真是怪事!铂氰酸钡是一种荧光物质,只有在强光照射下才会发出荧光。现在荧光屏发光,显然和阴极射线管有关。但是,阴极射线管发的光很弱,并且已经被厚的黑纸包了起来,荧光屏怎么还会发光呢?况且这荧光屏还在两米以外。

伦琴想是不是有什么光线从阴极射线管发出来照在荧光屏上呢?他把手伸在荧光屏和阴极射线管之间。果然,在荧光屏上出现了手的影子。但是仔细一看,伦琴大吃一惊!在很淡的手影之中还显出了黑色手的骨胳的影子。手动一动,影子也动一动,骨胳也在动,非常清楚!

面对着这个新发现,伦琴非常激动,他也不想回家了,在实验室里用各种东西放在看不见的射线中间进行试验,一直搞到天亮。他发现纸片以至厚木板都挡不住这种射线,只有较厚的铅片才能把它完全挡住。现在他清楚了,放在抽屉中的照相底片所以会感光,是因为木板和纸挡不住这种穿透力极强的射线。

伦琴几乎整天在实验室中研究这新的射线,回家也在讲他的发现。1895年12月22日,他妻子到室验室来看他的新发现。他从别的实验室拿来一片用黑纸包好的照相底片,放在阴极射线管旁边,让他妻子把手按在底片上,接着他把阴极射线管的电源接通了一会儿,然后把底片拿去冲洗。冲好的照相底片使他的妻子大吃一惊,这是一只手的骨胳的照片,手上戴的金戒指也显得一清二楚!

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伦琴妻子的手x线片

对于这种看不见的射线,伦琴开始认为是穿透了玻璃管壁跑了出来的阴极射线。他用磁铁去试了一试,这种看不见的射线没有偏转,说明它不是阴极射线。

他又猜想可能是一种光线,便让这种射线通讨三棱镜。结果证明它和普通的光线不同,棱镜不能使它发生折射。

真是一种性质未知的奇妙射线!

伦琴想起了代数中的未知数常用X来表示,所以他把这未知性质的射线起名叫做X射线。

伦琴把他的发现写成论文,于1895年12月28日在德国的科学杂志上发表。伦琴的发现立刻震动了世界,不仅在科学界,社会上也轰动了,各种报纸和杂志都在讲X射线,有的还刊载第一张X射线照片——伦琴夫人的手骨。

新发现的消息传到美国的第四天,就有一位医生用X射线检查了受枪伤的病人身体里留下的子弹。X射线能看穿人的身体,可真是医生的好助手。

伦琴也因此在全世界出了名。

许多人都认为伦琴真幸运,他偶然地得到了这个伟大的发现。实际上并不是这样。在当时,许多实验室都在研究阴极射线,许多实验室也都使用照相底片,底片感光的“偶然”现象必然会在这些实验室发生。

例如,发明高真空阴极射线管的克鲁克斯,在当时就曾经遇到过放在实验室里的底片感光的现象,但是他当时正专心地制作各种放电管去研究阴极射线,而没想到还会有什么看不见的射线在作怪,所以他认为是底片厂的产品质量不好,把坏底片拿回厂家去退换,使照相底片厂蒙受了不白之冤。

还有一位美国科学家,名叫古德斯培德,在知道伦琴的发现以后,声称他在五年前就发现了X射线。原来在1890年2月22日,他曾经偶然地得到一张线圈的X射线照片。但是在这五年中间,他并没有深入研究,只是伦琴说明问题以后,他才恍然大悟。

和古德斯培德相反,伦琴没有轻易放过实验过程中发生的似乎是偶然的现象,继续实验,深入研究,终于发现了X射线。

后来经过进一步的研究,发现X射线原来是阴极射线轰击到物质上的时候产生的。

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受轰击的金属靶释放出能量X射线

伦琴在高真空放电管中正对着阴极安装了一个金属靶子,当阴极射线集中射到靶子上的时候,就会发出很强的X射线。这种装置现在就叫做X射线管,又叫做伦琴管。

由于这一伟大发现,伦琴获得了科学界的最高荣誉――1901年的诺贝尔奖金。他是第一个获得诺贝尔物理奖的科学家。

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