X光(英语:X-ray),又被称为艾克斯射线、伦琴射线或X射线,是一种波长很短的电磁波,波长在~10nm到~0.1nm左右,有很大的穿透能力,能使照相胶片感光,使某些物质发荧光,并能使气体游离。对机体细胞有很强的破坏作用。

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    中文名
    X射线
    外文名
    X ray
    征:波长短,频率高
    发现者
    德国物理学家W.K.伦琴
    公布时间
    1896

    1介绍

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    X射线的特征是波长非常短,频率很高。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粒子流。

    X射线(英语:X-ray),又被称为艾克斯射线、伦琴射线或X光,是一种波长范围在0.001纳米到10纳米之间(对应频率范围30 PHz30EHz)的电磁辐射形式。X射线最初用于医学成像诊断和 X射线结晶学。X射线也是游离辐射等这一类对人体有危害的射线。

    1906年,实验证明X射线是波长很短的一种电磁波,因此能产生干涉、衍射现象。X射线用来帮助人们进行医学诊断和治疗;用于工业上的非破坏性材料的检查。



    X射线X射线

    X射线是波长范围在0.001纳米到10纳米之间(对应频率范围30PHz30EHz))的电磁波,具波粒二象性。电磁波的能量以光子(波包)的形式传递。当X射线光子与原子撞击,原子可以吸收其能量,原子中电子可跃迁至较高电子轨态,单一光子能量足够高(大于其电子之电离能)时可以电离此原子。一般来说,较大之原子有较大机会吸收X射线光子。人体软组织由较细之原子组成而骨头含较多钙离子,所以骨头较软组织吸引较多X射线。故此,X射线可以用作检查人体结构。

    2发现过程

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    1895118日晚,伦琴陷入了深深的沉思。他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!

    X射线这个一般人很快就会忽略的现象,却引起了伦琴的注意,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。不过目前还不知道它是什么射线,于是取名“X射线”。于是,伦琴开始了对这种神秘的X射线的研究。

    伦琴发现X射线伦琴发现X射线
    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照相底片上留下痕迹的第一人,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像。

    189615日,在柏林物理学会会议上展出了很多X射线的照片,同一天,维也纳《新闻报》也报道了发现X光的消息。这一伟大的发现立即引起人们的极大关注,并很快传遍全世界。在几个月的时间里,数百名科学家为此进行调查研究,一年之中就有上千篇关于X射线的论文问世。

    伦琴虽然发现了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,伦琴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(未知数)射线命名为伦琴射线。

    3原理

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    当接通电源,按下启动按钮时,整机便开始工作。由主控器发出的脉冲信号,经功率放大,倍压产生高压给X射线管阳极,同样主控Ⅱ发出的脉冲信号经放大给X射线管灯丝,使X射线管产生X射线,并通过数显面板显示出相应的值KV/μA。此时被测物体放在X射线源与像增强器之间,像增强器的显示屏就显示出被透视物的清晰图像。为使仪器稳定可靠地工作,系统采用脉冲宽调技术,使管电流、管电压保持恒定,X射线管以最佳状态工作。并有高压慢启动功能,使X射线管阳极无高压过冲现象。主控制器采用微型贴片器件,并以20KHz频率工作,使整个系统效率大为提高,消除了噪声,为操作人员提供了安静的使用环境,同时也缩小了体积。透视仪电源采用高频高效率开关电源,并具有全面的保护措施。为确保透视仪的安全,整机加有多种保护装置,使其安全可靠。

    4探测器

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    X射线X射线
    X射线的探测可基于多种方法。最普通的一种方法叫做照相底板法,这种方法在医院里经常使用。将一片照相底片放置于人体后,X射线穿过人体内软组织(皮肤及器官)后会照射到底片,令这些部位于底片经显影后保留黑色;X射线无法穿过人体内的硬组织,如骨或其他被注射含钡或碘的物质,底片于显影后会显示成白色。光激影像板(en:image plate)因容易数位化,在少部分医院已取代传统底片。另一方法是利用X射线照射在特定材质上以产生荧光,例如碘化钠(NaI)。科学研究上,除了使用X射线CCD,也利用X射线游离气体的特性,使用气体游离腔做为X射线强度之侦测。这些方法只能显示出X射线的光子密度,但无法显示出X射线的光子能量。X射线光子的能量通常以晶体使X射线衍射再依布拉格定律(Bragg's law)计算出。

    5用途

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    伦琴发现X射线后仅仅几个月时间内,它就被应用于医学影像。18962月,苏格兰医生约翰·麦金泰尔在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科。

    放射医学是医学的一个专门领域,它使用放射线照相术和其他技术产生诊断图像。的确,这可能是X射线技术应用最广泛的地方。X射线的用途主要是探测骨骼的病变,但对于探测软组织的病变也相当有用。常见的例子有胸腔X射线,用来诊断肺部疾病,如肺炎、肺癌或肺气肿;而腹腔X射线则用来检测肠道梗塞,自由气体(free air,由于内脏穿孔)及自由液体(free fluid)。某些情况下,使用X射线诊断还存在争议,例如结石(对X射线几乎没有阻挡效应)或肾结石(一般可见,但并不总是可见)。借助计算机,人们可以把不同角度的X射线影像合成成三维图像,在医学上常用的电脑断层扫描(CT扫描)就是基于这一原理。

    X射线穿透能力与其频率有关,利用其容易被高原子序数材料吸收的特点,防护上一般可用2-3mm左右的铅板加以屏蔽。美国艾伯特博士曾利用X射线制造出美容除毛机并建立崔可公司,但之后这种机器被证明会导致DNA突变,导致数百万名妇女毁容,求偿10亿美元,崔可公司因而破产,之后艾伯特博士便人间蒸发。

    参考资料

    [添加]
    [1].医学教育网:X射线的发展

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    标签: 科学 医学 科技

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