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1、X射线产生机理1901年12月10日，第一届诺贝尔物理学奖被授予德国物理学家伦琴，以表彰他发现了X射线。X射线的发现有点偶然。今天的电视机显像管源自于19世纪末的“阴极射线管”。当时,科学家发现如果在一根玻璃管的两端密封上正负两个电极并加上高电压，当玻璃管中的空气被抽空时，正极一头的玻璃管壁上会发出漂亮的光辉。当时认为，是阴极发射的“阴极射线”（后来，证明是电子流）。于是，将这种抽成真空的管子称为”阴极射线管”。 研究阴极射线是当时物理学界的热门课题 ， 其中有德国维尔兹堡大学校长、物理学家伦琴。1895年11月初的一个晚上，为了防止外界对阴极射线的影响同时也为了不让阴极射线与可见光漏出管外，
2、伦琴用黑纸把放电管包的严严实实, 实验室也用窗帘密封成暗室。 就在这黑暗的环境中作实验时，伦琴意外地发现1米以外的荧光屏竟发出了微弱的荧光，这一现象使他十分惊奇。因为当时已阐明阴极射线在空气中只能穿过几厘米，而现在即使把荧光屏移到2米开外，它仍能发出荧光。很明显，阴极射线管发出的除了阴极射线外还有别的东西. 由于对这一射线的性质一无所知， 所以伦琴用数学中称未知数的办法把它称为“X射线”又称伦琴射线。后来证明，它是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为（200.06）10厘米之间。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
3、光， 使照相底片感光以及空气电离。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 。产生X射线最常用的是电子式X射线管，如图所示，在射线管的阳极和阴极灯丝的之间产生几万十几万伏不等的电压， 同时给阴极灯丝单独供电, 当灯管灯丝加热到一定的温度时，灯丝中的自由电子摆脱原子核的束缚而发射出来即热发射，在高压产生的电场的加速下，电子撞击阳极板，大约有1%的能量转化为X射线。 X射线的应用 X射线从发现不久，就开始获得了广泛的应用。现在X射线在一些基础学科的研究及实际应用方面都大有用武之地，主要表现为以下几个方面 （一）应用医学诊断 伦琴的新发现使他如痴如醉，一连几天
4、废寝忘食地在实验室进行研究。伦琴的昼夜不归引起他夫人的误会，就赶到实验室看个究竟。看到妻子来了，伦琴就叫她帮忙做实验，让她把左手放在用黑色纸包着的照相底片上，然后用X射线加以照射，竟然拍到了手指骨骼的照片，这就是历史上第一张X光照片。伦琴的这个实验翻开了医用X射线应用研究的第一页。由于X射线能顺利穿透肌肉组织，但穿不过骨骼这样密度大的组织，于是就在底片上留下阴影。 如果骨折的话，在底片上的阴影里就很容易找到断裂处， 因此X射线首先被应用到外科探伤中去X射线被发现3个月后，奥地利也纳一家著名的医院就开始在外科诊断中用X射线来拍片子。半年后，英国就出版了第一本X射线研究的专业杂志X射线临床摄影资料
5、。X射线在医疗诊断上的应用如燎原之火。如今，拍X光片已成为医学诊断中一种常用的手段了。从本世纪60年代起，南非出生的美国物理学家科马克和英国电气工程师豪斯菲尔德, 提出了用计算机控制的X射线断层扫描原理, 并发明了X射线断层扫描仪（简称CT扫描仪）。这一发明使医生能看到人体内各种内脏器官的横断面图像，因而能准确诊断许多病症，大大丰富了医用X射线诊断的内容。他们两人也因此而荣获1979年度的诺贝尔生理学及医学奖。 （二）窥探物质结构 正当X 射线在医学诊断中大显身手时，它的另外一个重要应用也显露端倪。1912年，德国物理学家劳厄大胆假设，如果X射线是一种波长很短的电磁波，晶体中的原子又按一定规则
6、排列的话，当X射线穿透晶体时，应当跟光线穿过衍射光栅后一样，也会出现衍射图样。他的这一设想不久就被实验所证实。规则分布在感光底片上的衍射黑点, 被称为“劳厄图样”, 它就是晶体的微观结构在宏观上的体现。劳厄的成功可谓是一箭 双雕：既证明X射线具有波动性，又证明晶体中的原子是有规则排列的。为此，他荣获了1914年度的诺贝尔物理学奖。 紧接在劳厄之后，1915年杜德诺贝尔物理学奖被授予英国物理学家布拉格父子俩, 原因是他们在劳厄工作的基础上提出了“布拉格公式”。这一公式可以使人们在研究被晶体散射的X射线的情况后，求得晶体中原子平面间的距离D，从而精确测定晶体的原子结构。1917年， 英国物理学家巴
7、克拉又因研究X射线而获得诺贝尔物理学奖。他的贡献是发现了元素的X射线标识辐射，人们可以根据元素所发射的标识X射线，来确定这种元素在周期表上的排位，从而决定它是什么元素。瑞典物理学家西格巴恩又进一步研究了X射线的光谱学并为此荣获1924年度诺贝尔物理学奖。 仅利用X射线研究物质结构， 在短短十年中就有4次5人获得诺贝尔物理学奖。 （三）揭示生命奥秘 X射线分析技术在揭示复杂的生物大分子的奥秘上，也是屡建奇功的。19531959年，小布拉格手下的两位助手佩鲁茨和肯德罗，用改进了的X射线分析法，测定了肌红蛋白及血红蛋白的结构。众所周知， 血红蛋白是血液中氧的携带者， 它由12000个左右的原子组成
8、。如此众多的原子是怎样构成血红蛋白的呢？ 佩鲁茨和肯德鲁通过自己的研究搞清了它的机构， 他们因此而获得了1962年度的诺贝尔化学奖。 这一年的诺贝尔生理学和医学奖授给了英国生物物理学家克里克、威尔金森和美国生物学家沃森， 原因是他们发现了遗传物质脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋式结构。他们能取得这项20世纪生物学的最伟大成就,依靠的也是X射线分析法因使用X射线分析法研究蛋白质、 核糖核酸、青霉素、 维生素等生物大分子、有机高分子的结构而荣获诺贝尔化学奖、诺贝尔生理学与医学奖的科学家多达10多人。可以这样说，如果没有X射线分析法， 我们是不可能探测生命奥秘的。 （四）安全检测 机场、火车站对旅客行李的安全检查，就是使用X光机。它能把隐藏在行李中的枪支透视出来。码头上大型X 光机能协助海关人员，把夹杂在集装箱里的走私物品查出来。半导体工厂的质检人员，用X光机来检验已封装好的集成电路板质量。事实上，X射线分析法已成为工业产品质量检查的重要手段。
