1895年的今天(11月8日),德国物理学家伦琴发现“X射线”。1901年,首届诺贝尔物理学奖授予了他,以表彰他在1895年发现了X射线。
X射线是19世纪末期物理学的三大发现之一(另外二者为放射线和电子),它为诸多科学领域的研究提供了一种更加行之有效的研究新手段。可以说,X射线的出现,对此后科学技术的发展产生了巨大而深远的影响,也标志着现代物理学的诞生。
在今天这个特殊的日子里,我们来一起了解关于X射线的那些事。
X射线的发现
1895年11月8日,伦琴在实验室里从事阴极射线的实验,一个偶然事件引起了他的注意。
为了防止周围的光线对实验造成影响,他把房间透光的地方全部遮起来,还用黑色卡纸为放电管做了个封套隔绝外部的光线。可在放电实验结束后,他却意外地在一米以外的荧光屏上发现了一道光斑。这道光是从哪里来的?难道是放电管没有完全遮住吗?于是他不断重复同样的实验,并把荧光屏一步步移远,可结果是直到两米以外仍可见到屏上有光斑。要知道阴极射线在空气中只能传播很短的距离,伦琴认为这道神奇的光斑并不是阴极射线造成的,它可能是一种仍未被发现的新射线。
伦琴的实验室
之后,伦琴又经过反复实验,确认了自己的猜测,将这种新的射线取名为X射线。他发现X射线可穿透书籍和几厘米厚的木板、硬橡皮,甚至15毫米厚的铝板也不在话下。这种特殊的穿透性令伦琴十分着迷,但起初他并未琢磨出这种射线的实际应用。直到有一次伦琴的夫人来实验室,伦琴突发奇想,请她把手放在用黑纸包裹得严严实实的照相底片上,然后用X射线对其进行照射,没想到在底片上清晰地呈现出他夫人的手骨像,连手指上的戒指也清清楚楚地显现了出来。这是一张具有历史意义的照片,它表明了人类可借助X射线,隔着皮肉去透视骨骼。
伦琴夫人的手骨与戒指
1895年12月28日伦琴向维尔茨堡物理医学学会递交了第一篇X射线的论文《一种新射线——初步报告》,接着他又完成了《一种新的射线·续篇》《关于X射线的第三次报告》两篇论文,并成功制造了一个X射线管。伦琴的发现震动了世界,他成为了第一位荣获诺贝尔物理学奖的科学家。
伦琴有关X射线的第一篇报道
X射线的应用
X射线本质上是一种电磁波,它的波长很短。相较之下,可见光的波长为390~780nm,而X射线的波长仅为0.001~10nm。
因此,X射线的能量很高,是可见光的上万倍之多。这使它具有极强的穿透能力,能穿透纸张、木头、玻璃、硬橡胶以及除铅和铂以外的各种金属薄片,并具有使荧光物质发光、照相底片感光、气体电离等性质。
如今,X射线在科学研究中应用广泛,特别在医学领域中,X射线可用来分析测定蛋白质结构,观察某些脏器的形态和病变。除此以外,它还能用于物品检查、工业探伤、美术古画珍品真伪的鉴别等。
医学诊断
X射线应用于医学诊断,主要依据X射线的穿透作用、感光作用和荧光作用。由于X射线穿过人体时会受到不同程度的吸收,如骨骼吸收的X射线量比肌肉吸收的量要多,因此通过人体后的X射线量就不一样,这样X射线便携带了人体各部分密度分布的信息,在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱就有较大差别,因而在荧光屏上或摄影胶片上将显示出不同密度的阴影。根据阴影浓淡的对比,结合临床表现和病理诊断,即可判断人体某一部分是否正常。
物品检查
在机场,X 射线被用于检查旅客的行李中是否带有危险品。当包裹通过机器时,屏幕上就会显示出包裹里装的什么东西。这是因为不同物质组成、不同密度和不同厚度的物品内部结构能够不同程度地吸收X射线,密度、厚度越大,吸收的射线越多;密度、厚度越小,吸收的射线越少,所以从物品透射出来的射线强度就能够反映出物品内部结构信息。
工业探伤
在工业上,X射线也有相当大的作用,可以用来做工业探伤,就是用来检查生产出来的新的金属部件有没有砂眼、裂纹、瑕疵等容易被人类忽略的问题。大大促进了工业社会的发展,使科技产品更加精细、好用。96编辑器
综合自“中国物理学会期刊网”公众号
“中国科学院高能物理研究所”公众号
“浦东化学在线”公众号