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光学历史上的今天(馆内原创)—— 看不见的秘密:伦琴射线

日期:2021-03-27

176年前的今天,1845327日,首届诺贝尔物理学奖得主威廉·康拉德·伦琴出生了。


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威廉·康拉德·伦琴是德国物理学家。1895年伦琴在进行阴极射线的实验时发现一种人眼看不见的光——X射线,X表示未知的意思,这为开创医疗影像技术铺平了道路。1901年诺贝尔奖第一次颁发,伦琴就由于这一发现而获得了这一年的物理学奖。伦琴射线是人类发现的第一种所谓“穿透性射线”,它能穿透普通光线所不能穿透的某些材料。这一发现不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响了20世纪许多重大科学发现。例如安东尼·亨利·贝克勒尔就因发现物质的天然放射性,与居里夫妇共同获得1903年的诺贝尔物理学奖。到今天,为了纪念伦琴的成就,X射线在许多国家都被称为伦琴射线,另外第111号化学元素Rg也以伦琴命名。


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 1895118日的傍晚,伦琴独自走进物理研究所的一间实验室,去试验一个经过改良的阴极射线管。在试验前,为防止可见光线从管内透露出来,他用黑纸将真空放电管严严实实地包了起来。接着,他关闭了所有的门窗,接通了电源,检验黑纸是否漏光。他突然发现了一个奇特的现象,离放电管不到一米的小工作台上,那里有一块上面镀着层氰亚铂酸钡的晶体材料的硬纸板,纸板上射出了一道神秘的荧光!伦琴感到非常奇怪。他切断电源,光电管熄灭了,那道绿光也不见了。他多次尝试,情况都是如此。


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这块纸板为什么在光电管通电时发光呢?伦琴不禁问自己。是光电管中有某种未知的射线使纸板上发光的吗?想到这里,他随手拿起一本书,把它挡在光电管和纸板之间。使他惊奇的是,纸板上还是发光。他又将纸板挪远一些,上面仍然发光。就是说,这种射线能穿透固体物质!伦琴欣喜若狂,不断在实验中验证自己的想法。


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伦琴把自己关在实验室里,探索这种不知名的射线的秘密。他选择了木头、玻璃、硬橡胶等来做障碍物,它们都不能挡住这种射线的通过;又试验了各种金属,除了铅和铂以外,其他的也都被射线穿透;他把照相底片放在光电管与纸板之间,尽管四周漆黑一团,底片却感光了。更使他感到兴奋的是,当他用自己的手来试验时,竟清晰的辨认出每个手指的轮廓,显示出了手骨骼的阴影!这是人类第一次看到活人身体内部骨骼的阴影。伦琴既兴奋,又惊惧。他决定继续秘密试验,直到能肯定自己观察的正确性和能在理论上说明它为止。伦琴一连几天呆在实验室里,不眠不休。一天晚上,伦琴说服他的妻子充当自己的实验对象。他叫妻子把手放在装有照相底片的暗盒上,然后用光电管对着它照射了十五分钟,伦琴把一张照片送到了妻子面前。照片上清晰地出现了一只手的骨骼。妻子看了,恐怖得浑身战栗起来。她简直不敢相信,这毕露的骨骼,竟是自己的手!这也是历史上最著名的照片之一。


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“该称它为什么射线呢?就把它称为X射线吧!”伦琴终于给这种未知的射线起了名。直到现在,为了纪念这位物理学家,人们还是把伦琴最初发现的这种射线,称为X射线。

伦琴一生谦虚谨慎,从不居功自傲,他以一个普通成员的身份进行教学和科研工作。他谢绝了贵族的称号,不申请专利,不谋求赞助,使X线的应用得到迅速发展和普及。X射线的发现给现代物理学提供了一种新的研究手段,并很快被医学界广泛用于疾病的透视、治疗、诊断以及探查体内异物等方面。


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在现代数字技术的帮助下,伦琴射线诊断已经可以提供人体内部三维图像。伦琴的发现不仅对医学诊断有重大影响,伦琴射线还应用在微观世界的观察和对太空的研究。同时,在光电效应研究、晶体结构分析、金相组织检验、材料无损探伤等重要领域都具有广泛的用途。