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什么是X射線
2018-02-12

一、X射線概述
  波長介于紫外線和γ射線間的電磁輻射 。由德國物理學家W.K.倫琴于1895年發現,故又稱倫琴射線。波長小于0.1埃的稱超硬X射線,在0.1~1埃范圍內的稱硬X射線,1~10埃范圍內的稱軟X射線。實驗室中X射線由X射線管產生,X射線管是具有陰極和陽極的真空管,陰極用鎢絲制成,通電后可發射熱電子,陽極(就稱靶極)用高熔點金屬制成(一般用鎢,用于晶體結構分析的X射線管還可用鐵、銅、鎳等材料)。用幾萬伏至幾十萬伏的高壓加速電子,電子束轟擊靶極,X射線從靶極發出。電子轟擊靶極時會產生高溫,故靶極必須用水冷卻,有時還將靶極設計成轉動式的。

二、X射線特點
  X射線的特征是波長非常短,頻率很高,其波長約為(20~0.06)×10-8厘米之間。因此X射線必定是由于原子在能量相差懸殊的兩個能級之間的躍遷而產生的。所以X射線光譜是原子中最靠內層的電子躍遷時發出來的,而光學光譜則是外層的電子躍遷時發射出來的。X射線在電場磁場中不偏轉。這說明X射線是不帶電的粒子流,因此能產生干涉、衍射現象。
  X射線譜由連續譜和標識譜兩部分組成 ,標識譜重疊在連續譜背景上,連續譜是由于高速電子受靶極阻擋而產生的 軔致輻射 ,其短波極限λ 0 由加速電壓V決定:λ 0 = hc /( ev )為普朗克常數, e 為電子電量, c 為真空中的光速。標識譜是由一系列線狀譜組成,它們是因靶元素內層電子的躍遷而產生,每種元素各有一套特定的標識譜,反映了原子殼層結構 。同步輻射源可產生高強度的連續譜X射線,現已成為重要的X射線源。
  X射線具有很高的穿透本領,能透過許多對可見光不透明的物質,如墨紙、木料等。這種肉眼看不見的射線可以使很多固體材料發生可見的熒光,使照相底片感光以及空氣電離等效應,波長越短的X射線能量越大,叫做硬X射線,波長長的X射線能量較低,稱為軟X射線。當在真空中,高速運動的電子轟擊金屬靶時,靶就放出X射線,這就是X射線管的結構原理。

三、X射線的分類
  放出的X射線分為兩類:
 ?。?)如果被靶阻擋的電子的能量,不越過一定限度時,只發射連續光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射,連續光譜的性質和靶材料無關。
 ?。?)一種不連續的,它只有幾條特殊的線狀光譜,這種發射線狀光譜的輻射叫做特征輻射,特征光譜和靶材料有關。

四、X射線的應用
  醫用診斷X線機 醫用X線機醫學上常用作輔助檢查方法之一。臨床上常用的x線檢查方法有透視和攝片兩種。透視較經濟、方便,并可隨意變動受檢部位作多方面的觀察,但不能留下客觀的記錄,也不易分辨細節。攝片能使受檢部位結構清晰地顯示于x線片上,并可作為客觀記錄長期保存,以便在需要時隨時加以研究或在復查時作比較。必要時還可作x線特殊檢查,如斷層攝影、記波攝影以及造影檢查等。選擇何種x線檢查方法,必須根據受檢查的具體情況,從解決疾?。ㄓ绕涫枪强萍膊。┑囊蠛团R床需要而定。x線檢查僅是臨床輔助診斷方法之一。
  工業中用來探傷。長期受X射線輻射對人體有傷害 。X射線可激發熒光、使氣體電離、使感光乳膠感光,故X射線可用電離計、閃爍計數器和感光乳膠片等檢測。晶體的點陣結構對X射線可產生顯著的衍射作用,X射線衍射法已成為研究晶體結構、形貌和各種缺陷的重要手段。

五、X射線的發現過程
  1895年11月8日是一個星期五。晚上,德國慕尼黑伍爾茨堡大學的整個校園都沉浸在一片靜悄悄的氣氛當中,大家都回家度周末去了。但是還有一個房間依然亮著燈光。燈光下,一位年過半百的學者凝視著一疊灰黑色的照相底片在發呆,仿佛陷入了深深的沉思……
  他在思索什么呢?原來,這位學者以前做過一次放電實驗,為了確保實驗的精確性,他事先用錫紙和硬紙板把各種實驗器材都包裹得嚴嚴實實,并且用一個沒有安裝鋁窗的陰極管讓陰極射線透出??墒乾F在,他卻驚奇地發現,對著陰極射線發射的一塊涂有氰亞鉑酸鋇的屏幕(這個屏幕用于另外一個實驗)發出了光.而放電管旁邊這疊原本嚴密封閉的底片,現在也變成了灰黑色—這說明它們已經曝光了!
  這個一般人很快就會忽略的現象,卻引起了這位學者的注意,使他產生了濃厚的興趣。他想:底片的變化,恰恰說明放電管放出了一種穿透力極強的新射線,它甚至能夠穿透裝底片的袋子!一定要好好研究一下。不過—既然目前還不知道它是什么射線,于是取名“X射線”。
  于是,這位學者開始了對這種神秘的X射線的研究。
  他先把一個涂有磷光物質的屏幕放在放電管附近,結果發現屏幕馬上發出了亮光。接著,他嘗試著拿一些平時不透光的較輕物質—比如書本、橡皮板和木板—放到放電管和屏幕之間去擋那束看不見的神秘射線,可是誰也不能把它擋住,在屏幕上幾乎看不到任何陰影,它甚至能夠輕而易舉地穿透15毫米厚的鋁板!直到他把一塊厚厚的金屬板放在放電管與屏幕之間,屏幕上才出現了金屬板的陰影—看來這種射線還是沒有能力穿透太厚的物質。實驗還發現,只有鉛板和鉑板才能使屏不發光,當陰極管被接通時,放在旁邊的照相底片也將被感光,即使用厚厚的黑紙將底片包起來也無濟于事。
  接下來更為神奇的現象發生了, 一天晚上倫琴很晚也沒回家,他的妻子來實驗室看他,于是他的妻子便成了在那不明輻射作用下在照相底片上留下痕跡的第一人。倫琴拍攝的第一張X線片當時倫琴要求他的妻子用手捂住照相底片。當顯影后,夫妻倆在底片上看見了手指骨頭和結婚戒指的影象。
  這一發現對于醫學的價值可是十分重要的,它就像給了人們一副可以看穿肌膚的“眼鏡”,能夠使醫生的“目光”穿透人的皮肉透視人的骨骼,清楚地觀察到活體內的各種生理和病理現象。根據這一原理,后來人們發明了X光機,X射線已經成為現代醫學中一個不可缺少的武器。當人們不慎摔傷之后,為了檢查是不是骨折了,不是總要先到醫院去“照一個片子”嗎?這就是在用X射線照相??!
  這位學者雖然發現了X射線,但當時的人們—包括他本人在內,都不知道這種射線究竟是什么東西。直到20世紀初,人們才知道X射線實質上是一種比光波更短的電磁波,它不僅在醫學中用途廣泛,成為人類戰勝許多疾病的有力武器,而且還為今后物理學的重大變革提供了重要的證據。正因為這些原因,在1901年諾貝爾獎的頒獎儀式上,這位學者成為世界上第一個榮獲諾貝爾獎物理獎的人。
  人們為了紀念倫琴,將X射線命名為倫琴射線。

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