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未知的射线—X射线
2019-03-26| 编辑: | 【 】【打印】【关闭

说起X射线,

可能大家都会想起X片,X光,

想起那充满阴森的放射科。

那么,它们有什么关系呢?

是的,我们去医院放射科做CT、拍片子,使用的就是X射线的穿透本领。利用这一本领,医生可以容易看出身体的病变部位。

那么,X射线是什么呢?它的本领真的这么强吗?

话说那是1895118日的傍晚,维尔茨堡大学的实验室一片寂静,德国物理学家伦琴先生还在实验室里面研究当时讨论最多的阴极射线(由放电管产生的带电粒子流)。为了防止光线的影响,他把实验室全部弄黑,还用黑色硬纸给放电管做了个封套。为了检查封套是否漏光,他给放电管接上电源,他看到封套没有漏光而满意。

可是当他切断电源后,却意外地发现一米以外的一个小工作台上有闪光,闪光是从一块荧光屏上发出的。然而阴极射线只能在空气中进行几个厘米,这是别人和他自己的实验早已证实的结论。于是他重复刚才的实验,把屏一步步地移远,直到2米以外仍可见到屏上有荧光。伦琴认为这不是阴极射线了。

伦琴经过反复实验,确信这是种尚未为人所知的新射线,他发现它可以穿透千页书、2-3厘米厚的木板、几厘米厚的硬橡皮、15毫米厚的铝板等等。可是1.5毫米的铅板几乎就完全把X射线挡住了。

这些发现使他很兴奋,他忘记了回家,连续几周都在研究这种未知的射线。

当妻子安娜好久未见到丈夫,放心不下,跑到了实验室时,伦琴抓起妻子的手,拍下了那幅具有历史意义的照片—世界上第一张人体骨骼照片,上面还套着一枚象征爱情的戒指。

安娜惊讶地问道:“这是怎么回事?”

伦琴说:“这是一种穿透力很强的新射线作用的结果。”

安娜又接着问:“这种新射线叫什么名字?”

伦琴摇了摇头回答说:“不知道,不过它是一个未知射线,不如就叫它X射线吧。”

随后,伦琴在照相底片上用钢笔写上了拍摄日期—18951222日。

这一天,也被人们视为放射科的诞生日。

了解了X射线的发现历史,我们来看看到底什么是X射线?


在伦琴发现X射线之后,很多科学家开始研究这一未知射线,他们发现,所谓的X射线其实是一种电磁波,它的波长为5pm(皮米)-10nm(纳米)(即5×10-12m-10×10-9m),和可见光一样,在真空中能以光速沿直线传播。它具有很高的能量,所以能穿透物质(尤其是松软密度小的物体,比如纸片、玻璃、木板等)。另外,它还可以使惰性气体电离,可以使ZnSCdSNaI产生磷光,使物质元素原子内层电子激发、跃迁而产生各元素的特征荧光。目前已被广泛应用于医学人体X光透视、工业材料检测、元素的定性与定量分析等。

那么X射线是怎么产生的呢?这么厉害的射线,会不会对人体产生危害呢?

在伦琴发现X射线之后,很多科学家开始研究这一未知射线,他们发现,所谓的X射线其实是一种电磁波,它的波长为5pm(皮米)-10nm(纳米)(即5×10-12m-10×10-9m),和可见光一样,在真空中能以光速沿直线传播。它具有很高的能量,所以能穿透物质(尤其是松软密度小的物体,比如纸片、玻璃、木板等)。另外,它还可以使惰性气体电离,可以使ZnSCdSNaI产生磷光,使物质元素原子内层电子激发、跃迁而产生各元素的特征荧光。目前已被广泛应用于医学人体X光透视、工业材料检测、元素的定性与定量分析等。

当物质受到外来能量的激发,原子核内束缚着的电子就会变得不稳定,从而从内层逃逸出来(从K层逃出来就称为K系激发),这样就产生了自由的电子,自由电子在外加能量场的作用下高速运动,如果突然遇到障碍物,电子就会突然减速或停止,其大部分能量以热能形式散失,小部分动能会变成X光能,以光量子(hn)的形式表现出来。此即X射线或称为X光、伦琴射线。另外当高速的电子能量大到一定程度时,它能够将原子内层电子驱逐,从而在K层产生一个空位,而LMN…层的电子会跃迁至此空位(从LMN层到K层即为从能量高处往低处运移),将其多余的能量也会以X射线的形式放出来,也即X光。

基于X射线产生的原理,科学家们发现了X射线的更深的本领,如,穿透本领(穿透物质)、电离本领(诱发电子脱离轨道)、产生荧光本领(使物质发出荧光)、干涉衍射反射及折射本领等。X射线也广泛应用于工业生产、生物医疗、科学研究等各个方面。

那么,这么厉害的射线会不会对人体产生危害呢?

答案是肯定的。X射线照射到生物机体时,可使生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死,致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变。不同的生物细胞,对X射线有不同的敏感度,可用于治疗人体的某些疾病,特别是肿瘤的治疗。在利用X射线的同时,人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍,白血病等射线伤害的问题,在应用X射线的同时,也应注意其对正常机体的伤害,注意采取防护措施。

X射线是一把“双刃剑”,但总体上是利大于弊,只要辐射量不超过人体可接受的限值,无需担忧。以拍X光片来说,现在你每拍一次“吃进”的射线量是0.02毫西弗左右。这其实就相当于每天看电视或看电脑2小时累积46个月“吃进”的射线量,对身体的影响微乎其微。当然,我们要注意射线具有累计效益,过于频繁、长期的X射线检查应尽量避免。

说到这里,可能有人说过地铁安检时,利用的也是X射线的穿透能力,那么近距离的接触,会不会对人体产生危害呢?

答案是否定的,安检虽然用的是X射线,但是它的辐射能力比较低,而且只限于中间的安检室那一块,只要身体不接触内部就没有事。另外,地铁中的X射线行李包检查装置的属于国家规定的Ⅲ类射线装置,其一般不会使受到照射的人员产生放射损伤,其安全与防护要求也相对简单。

好了,关于X射线我们就讲到这里,至于它在环境科学中的应用,敬请期待!


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