什么是 X 射线?
X射线又称X射线,是1895年由德国物理学家WK伦琴发现的,是原子中电子在两个能量相差很大的能级之间跃迁而产生的粒子流,是波长介于紫外线和伽马射线之间的电磁波,波长很短,约为0.01至100埃。
X射线的穿透力很强,可以穿透许多对可见光不透明的物质,例如墨水、纸张和木材。这种不可见的射线可以使许多固体材料产生可见的荧光,使照相胶片敏感,并使空气电离。X射线最初用于医学影像诊断和X射线晶体学。X射线也是一种对人体有害的电离辐射。
伦琴并不是第一个发现X射线的人
特斯拉实际上是第一个发现X射线的人。他进行了许多产生X射线的实验。特斯拉相信,借助他的电路,“我的仪器可以产生比普通仪器能量大得多的X射线。”
他还谈到了使用电路和单节点 X 射线发生装置的危险。在他调查这种现象的许多记录中,他将许多原因归咎于皮肤损伤。他认为早期的皮肤损伤不是由 X 射线引起的,而是由与皮肤接触产生的臭氧和一些亚硝酸引起的。特斯拉错误地认为 X 射线是由单独的粒子组成的。
特斯拉在伦琴之前完成了一些实验并证实了他的发现(包括拍摄他手部的X射线照片网校头条,后来他将这些照片寄给了伦琴),但并没有公开他的发现,他的大部分研究成果在1895年3月第五大道的一场实验室大火中被毁。
伦琴射线的起源
德国维尔茨堡大学校长、物理研究所所长伦根教授(1845—1923)在研究阴极射线时发现了X射线。
1895年11月8日晚,他研究阴极射线。为了防止外界光对放电管的影响,也为了不使管内的可见光漏出管外,他把房间弄暗,用黑色硬纸板给放电管做了一个盖子。为了检查盖子是否漏光,他将放电管接上电源(朱可夫线圈的电极),看到盖子不漏光,他便满意了。但是当他切断电源时,却意外地发现一米外的小工作台上有一道闪光。这道闪光正是荧光屏发出的。但是阴极射线在空气中只能传播几厘米,这是早已被别人和他自己的实验证实的结论。于是,他又重复了刚才的实验,把屏幕一步步移开,直到2米外的屏幕上仍能看到荧光。伦琴认为,这不是阴极射线。 伦琴经过反复实验,确信这是一种还未被人们认识的新射线,便把它命名为X射线,后来为了纪念他,X射线也被称为伦琴射线。
发现伦琴射线的性质
他发现X射线可以穿透上千页的书、2-3厘米厚的木板、几厘米厚的硬橡胶、15毫米厚的铝板等,但1.5毫米厚的铅板却几乎完全阻挡X射线。他偶然发现X射线可以穿透肌肉,显露出手部骨骼的轮廓,于是有一次妻子来实验室看他时,他让她把手放在用黑纸紧紧包裹的照相胶片上,然后用X射线照射15分钟。显影后,胶片上清晰地显示出妻子手部骨骼的图像,手指上的结婚戒指也十分清晰。这是一张具有历史意义的照片,它表明人类可以利用X射线透过皮肤和肉看穿骨骼。1895年12月28日,伦琴向维尔茨堡物理医学会提交了他的第一篇X射线论文《一种新射线——初步报告》。 报告介绍了实验设备、方法,以及最初发现的X射线的性质。X射线的发现很快导致了新的发现——放射性的发现。
自伦琴发现X射线以来,许多物理学家都在积极研究和探索。1905年和1909年,巴克拉发现了X射线的偏振现象,但当时还不清楚X射线是电磁波还是粒子辐射。1912年,德国物理学家劳厄发现了X射线穿过晶体时的衍射现象,证明了伦琴射线的波动性和晶体内部结构的周期性,并发表了《X射线的干涉现象》一文。
劳厄的文章发表后不久,就引起了英国布拉格父子俩的注意。老布拉格(WH.Bragg)已是英国利兹大学的物理学教授,小布拉格(WL.Bragg)则刚从剑桥大学毕业,在卡文迪许实验室工作。由于二人都是X射线粒子理论家,他们都试图用X射线的粒子理论来解释劳厄的照片,但是他们的尝试都失败了。经过反复研究,小布拉格成功地解释了劳厄的实验事实,他以比较简明的方式清楚地解释了X射线晶体衍射的形成,并提出了布拉格公式:nX=n+1,这个结果不仅证明了小布拉格解释的正确性,更重要的是证明了可以利用X射线来获取晶体结构的信息。
利用伦琴射线的特性制作仪器
1912年11月,22岁的布拉格以《晶体对短波长电磁波的衍射》为题向剑桥哲学学会报告了上述研究成果。1913年1月,布拉格设计了第一台X射线光谱仪,并利用这台仪器发现了特征X射线。在用特征X射线分析了一些碱金属卤化物的晶体结构后,布拉格与其父亲合作x射线 物理学家,成功地测定了金刚石的晶体结构x射线 物理学家,并用劳厄法进行了验证。金刚石结构的测定完美地诠释了化学家们长期以来认为的碳原子四个键呈规则四面体形状排列的结论。这对于尚处于起步阶段的X射线晶体学来说是一个非常重要的事件。充分说明了X射线衍射在分析晶体结构方面的有效性,使其普遍被物理学家和化学家所接受。
它是19世纪末20世纪初物理学三大发现之一(1895年的X射线、1896年的辐射、1897年的电子),标志着现代物理学的诞生。