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什么是X射线
2018-02-12

一、X射线概述
  波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射 。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。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,1~10埃范围内的称软X射线。实验室中X射线由X射线管产生,X射线管是具有阴极和阳极的真空管,阴极用钨丝制成,通电后可发射热电子,阳极(就称靶极)用高熔点金属制成(一般用钨,用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料)。用几万伏至几十万伏的高压加速电子,电子束轰击靶极,X射线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温,故靶极必须用水冷却,有时还将靶极设计成转动式的。

二、X射线特点
  X射线的特征是波长非常短,频率很高,其波长约为(20~0.06)×10-8厘米之间。因此X射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以X射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的,而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。X射线在电场磁场中不偏转。这说明X射线是不带电的粒子流,因此能产生干涉、衍射现象。
  X射线谱由连续谱和标识谱两部分组成 ,标识谱重叠在连续谱背景上,连续谱是由于高速电子受靶极阻挡而产生的 轫致辐射 ,其短波极限λ 0 由加速电压V决定:λ 0 = hc /( ev )为普朗克常数, e 为电子电量, c 为真空中的光速。标识谱是由一系列线状谱组成,它们是因靶元素内层电子的跃迁而产生,每种元素各有一套特定的标识谱,反映了原子壳层结构 。同步辐射源可产生高强度的连续谱X射线,现已成为重要的X射线源。
  X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,波长越短的X射线能量越大,叫做硬X射线,波长长的X射线能量较低,称为软X射线。当在真空中,高速运动的电子轰击金属靶时,靶就放出X射线,这就是X射线管的结构原理。

三、X射线的分类
  放出的X射线分为两类:
  (1)如果被靶阻挡的电子的能量,不越过一定限度时,只发射连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射,连续光谱的性质和靶材料无关。
  (2)一种不连续的,它只有几条特殊的线状光谱,这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射,特征光谱和靶材料有关。

四、X射线的应用
  医用诊断X线机 医用X线机医学上常用作辅助检查方法之一。临床上常用的x线检查方法有透视和摄片两种。透视较经济、方便,并可随意变动受检部位作多方面的观察,但不能留下客观的记录,也不易分辨细节。摄片能使受检部位结构清晰地显示于x线片上,并可作为客观记录长期保存,以便在需要时随时加以研究或在复查时作比较。必要时还可作x线特殊检查,如断层摄影、记波摄影以及造影检查等。选择何种x线检查方法,必须根据受检查的具体情况,从解决疾病(尤其是骨科疾病)的要求和临床需要而定。x线检查仅是临床辅助诊断方法之一。
  工业中用来探伤。长期受X射线辐射对人体有伤害 。X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光,故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测。晶体的点阵结构对X射线可产生显著的衍射作用,X射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。

五、X射线的发现过程
  1895年11月8日是一个星期五。晚上,德国慕尼黑伍尔茨堡大学的整个校园都沉浸在一片静悄悄的气氛当中,大家都回家度周末去了。但是还有一个房间依然亮着灯光。灯光下,一位年过半百的学者凝视着一叠灰黑色的照相底片在发呆,仿佛陷入了深深的沉思……
  他在思索什么呢?原来,这位学者以前做过一次放电实验,为了确保实验的精确性,他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实,并且用一个没有安装铝窗的阴极管让阴极射线透出。可是现在,他却惊奇地发现,对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕(这个屏幕用于另外一个实验)发出了光.而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片,现在也变成了灰黑色—这说明它们已经曝光了!
  这个一般人很快就会忽略的现象,却引起了这位学者的注意,使他产生了浓厚的兴趣。他想:底片的变化,恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线,它甚至能够穿透装底片的袋子!一定要好好研究一下。不过—既然目前还不知道它是什么射线,于是取名“X射线”。
  于是,这位学者开始了对这种神秘的X射线的研究。
  他先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放电管附近,结果发现屏幕马上发出了亮光。接着,他尝试着拿一些平时不透光的较轻物质—比如书本、橡皮板和木板—放到放电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射线,可是谁也不能把它挡住,在屏幕上几乎看不到任何阴影,它甚至能够轻而易举地穿透15毫米厚的铝板!直到他把一块厚厚的金属板放在放电管与屏幕之间,屏幕上才出现了金属板的阴影—看来这种射线还是没有能力穿透太厚的物质。实验还发现,只有铅板和铂板才能使屏不发光,当阴极管被接通时,放在旁边的照相底片也将被感光,即使用厚厚的黑纸将底片包起来也无济于事。
  接下来更为神奇的现象发生了, 一天晚上伦琴很晚也没回家,他的妻子来实验室看他,于是他的妻子便成了在那不明辐射作用下在照相底片上留下痕迹的第一人。伦琴拍摄的第一张X线片当时伦琴要求他的妻子用手捂住照相底片。当显影后,夫妻俩在底片上看见了手指骨头和结婚戒指的影象。
  这一发现对于医学的价值可是十分重要的,它就像给了人们一副可以看穿肌肤的“眼镜”,能够使医生的“目光”穿透人的皮肉透视人的骨骼,清楚地观察到活体内的各种生理和病理现象。根据这一原理,后来人们发明了X光机,X射线已经成为现代医学中一个不可缺少的武器。当人们不慎摔伤之后,为了检查是不是骨折了,不是总要先到医院去“照一个片子”吗?这就是在用X射线照相啊!
  这位学者虽然发现了X射线,但当时的人们—包括他本人在内,都不知道这种射线究竟是什么东西。直到20世纪初,人们才知道X射线实质上是一种比光波更短的电磁波,它不仅在医学中用途广泛,成为人类战胜许多疾病的有力武器,而且还为今后物理学的重大变革提供了重要的证据。正因为这些原因,在1901年诺贝尔奖的颁奖仪式上,这位学者成为世界上第一个荣获诺贝尔奖物理奖的人。
  人们为了纪念伦琴,将X射线命名为伦琴射线。