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未知的射線—X射線
2019-03-26| 編輯: | 【 】【打印】【關閉

說起X射線,

可能大家都會想起X片,X光,

想起那充滿陰森的放射科。

那么,它們有什么關系呢?

是的,我們去醫院放射科做CT、拍片子,使用的就是X射線的穿透本領。利用這一本領,醫生可以容易看出身體的病變部位。

那么,X射線是什么呢?它的本領真的這么強嗎?

話說那是1895118日的傍晚,維爾茨堡大學的實驗室一片寂靜,德國物理學家倫琴先生還在實驗室里面研究當時討論最多的陰極射線(由放電管產生的帶電粒子流)。為了防止光線的影響,他把實驗室全部弄黑,還用黑色硬紙給放電管做了個封套。為了檢查封套是否漏光,他給放電管接上電源,他看到封套沒有漏光而滿意。

可是當他切斷電源后,卻意外地發現一米以外的一個小工作臺上有閃光,閃光是從一塊熒光屏上發出的。然而陰極射線只能在空氣中進行幾個厘米,這是別人和他自己的實驗早已證實的結論。于是他重復剛才的實驗,把屏一步步地移遠,直到2米以外仍可見到屏上有熒光。倫琴認為這不是陰極射線了。

倫琴經過反復實驗,確信這是種尚未為人所知的新射線,他發現它可以穿透千頁書、2-3厘米厚的木板、幾厘米厚的硬橡皮、15毫米厚的鋁板等等。可是1.5毫米的鉛板幾乎就完全把X射線擋住了。

這些發現使他很興奮,他忘記了回家,連續幾周都在研究這種未知的射線。

當妻子安娜好久未見到丈夫,放心不下,跑到了實驗室時,倫琴抓起妻子的手,拍下了那幅具有歷史意義的照片—世界上第一張人體骨骼照片,上面還套著一枚象征愛情的戒指。

安娜驚訝地問道:“這是怎么回事?”

倫琴說:“這是一種穿透力很強的新射線作用的結果。”

安娜又接著問:“這種新射線叫什么名字?”

倫琴搖了搖頭回答說:“不知道,不過它是一個未知射線,不如就叫它X射線吧。”

隨后,倫琴在照相底片上用鋼筆寫上了拍攝日期—18951222日。

這一天,也被人們視為放射科的誕生日。

了解了X射線的發現歷史,我們來看看到底什么是X射線?


在倫琴發現X射線之后,很多科學家開始研究這一未知射線,他們發現,所謂的X射線其實是一種電磁波,它的波長為5pm(皮米)-10nm(納米)(即5×10-12m-10×10-9m),和可見光一樣,在真空中能以光速沿直線傳播。它具有很高的能量,所以能穿透物質(尤其是松軟密度小的物體,比如紙片、玻璃、木板等)。另外,它還可以使惰性氣體電離,可以使ZnSCdSNaI產生磷光,使物質元素原子內層電子激發、躍遷而產生各元素的特征熒光。目前已被廣泛應用于醫學人體X光透視、工業材料檢測、元素的定性與定量分析等。

那么X射線是怎么產生的呢?這么厲害的射線,會不會對人體產生危害呢?

在倫琴發現X射線之后,很多科學家開始研究這一未知射線,他們發現,所謂的X射線其實是一種電磁波,它的波長為5pm(皮米)-10nm(納米)(即5×10-12m-10×10-9m),和可見光一樣,在真空中能以光速沿直線傳播。它具有很高的能量,所以能穿透物質(尤其是松軟密度小的物體,比如紙片、玻璃、木板等)。另外,它還可以使惰性氣體電離,可以使ZnSCdSNaI產生磷光,使物質元素原子內層電子激發、躍遷而產生各元素的特征熒光。目前已被廣泛應用于醫學人體X光透視、工業材料檢測、元素的定性與定量分析等。

當物質受到外來能量的激發,原子核內束縛著的電子就會變得不穩定,從而從內層逃逸出來(從K層逃出來就稱為K系激發),這樣就產生了自由的電子,自由電子在外加能量場的作用下高速運動,如果突然遇到障礙物,電子就會突然減速或停止,其大部分能量以熱能形式散失,小部分動能會變成X光能,以光量子(hn)的形式表現出來。此即X射線或稱為X光、倫琴射線。另外當高速的電子能量大到一定程度時,它能夠將原子內層電子驅逐,從而在K層產生一個空位,而LMN…層的電子會躍遷至此空位(從LMN層到K層即為從能量高處往低處運移),將其多余的能量也會以X射線的形式放出來,也即X光。

基于X射線產生的原理,科學家們發現了X射線的更深的本領,如,穿透本領(穿透物質)、電離本領(誘發電子脫離軌道)、產生熒光本領(使物質發出熒光)、干涉衍射反射及折射本領等。X射線也廣泛應用于工業生產、生物醫療、科學研究等各個方面。

那么,這么厲害的射線會不會對人體產生危害呢?

答案是肯定的。X射線照射到生物機體時,可使生物細胞受到抑制、破壞甚至壞死,致使機體發生不同程度的生理、病理和生化等方面的改變。不同的生物細胞,對X射線有不同的敏感度,可用于治療人體的某些疾病,特別是腫瘤的治療。在利用X射線的同時,人們發現了導致病人脫發、皮膚燒傷、工作人員視力障礙,白血病等射線傷害的問題,在應用X射線的同時,也應注意其對正常機體的傷害,注意采取防護措施。

X射線是一把“雙刃劍”,但總體上是利大于弊,只要輻射量不超過人體可接受的限值,無需擔憂。以拍X光片來說,現在你每拍一次“吃進”的射線量是0.02毫西弗左右。這其實就相當于每天看電視或看電腦2小時累積46個月“吃進”的射線量,對身體的影響微乎其微。當然,我們要注意射線具有累計效益,過于頻繁、長期的X射線檢查應盡量避免。

說到這里,可能有人說過地鐵安檢時,利用的也是X射線的穿透能力,那么近距離的接觸,會不會對人體產生危害呢?

答案是否定的,安檢雖然用的是X射線,但是它的輻射能力比較低,而且只限于中間的安檢室那一塊,只要身體不接觸內部就沒有事。另外,地鐵中的X射線行李包檢查裝置的屬于國家規定的Ⅲ類射線裝置,其一般不會使受到照射的人員產生放射損傷,其安全與防護要求也相對簡單。

好了,關于X射線我們就講到這里,至于它在環境科學中的應用,敬請期待!


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