宇宙中的x射线(科技之光X射线人类延伸之眼)
湖南日报·新湖南客户端记者 王铭俊 音频 周阳乐 通讯员 谢婧繁 雷蕾
引子
近日,我国首台X射线自由电子激光用户装置——上海软X射线自由电子激光装置调试工作取得突破性进展,实现了“水窗”波段全覆盖。在“水窗”波段,自由电子激光的峰值亮度比同步辐射高10亿倍以上,且同时具备横向和纵向相干性,能够为物理、生物、化学等学科提供革命性研究工具。
X射线能做什么?和这台重大科学仪器相比,人们更熟悉的是医院里做过的X光检查。有趣的是,100多年前“X射线”的发现纯属意外,而它的发现为医学带来了一场革命。
1895年11月8日,德国著名物理学家威廉·康拉德·伦琴计划对阴极射线的穿透能力进行研究。伦琴首先重复前人的实验。但是,为了排除阴极射线与外界的相互影响,伦琴用黑色硬纸板和锡箔把阴极射线管严密地套封起来,这样,管内的可见光就不会漏出管外。
实验室是完全遮光的暗室。在接上高压电源进行实验中,伦琴意外地发现,一米以外的一个荧光屏发出微弱的闪光。一旦切断电源,荧光就立即消失。他选择了许多材料来作为障碍物,包括自己的手指。伦琴用食指和拇指捏着一片铅板,放到了射线经过的位置,他惊奇地在铅板上看到了自己手指的图像,手指的骨头产生了比周围的软组织更深的阴影。
经过反复试验,伦琴确信这是一种还没有被人们认识的新射线,它的本质一时还不清楚,故取名“X射线”。不久,伦琴夫人来到实验室,她戴着戒指的手指在X射线照射下,留下了一张有历史意义的照片。
(x射线下伦琴夫人的手骨与戒指)
因为这一具有划时代意义的重大发现,伦琴于1901年被授予第一届诺贝尔物理学奖。人们为了纪念伦琴,将X射线命名为伦琴射线。
X射线其实是一种波长很短的电磁波,波长大约0.01--10纳米。由于它的波长短、能量大,可以轻易穿过纸板、肌肉等组织,但可以被密度较大物体如金属、骨骼所阻挡,因此在医学上X光可以用来做透视成像,是检查疾病的常规手段。当具有独特穿透性的X射线用来投照人体时,可获得体内组织器官的解剖结构影像,从而方便地提供临床医学诊断疾病所需要的重要信息。另外,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。
随着现代医疗影像技术迅猛发展,数字化X射线摄影(DR)技术、X射线计算机断层扫描机(CT)技术、数字减影血管造影(DSA)技术等已在疾病的诊疗中得到广泛应用。
X射线是人类延伸之眼,带领人类看到了肉眼不可见的微观世界、内部结构。除了医学领域的应用之外,X射线还被广泛应用于晶体结构的分析以及工业等领域。
(科学指导:湖南师大附中梅溪湖中学教科室主任、湖南省特级教师李湘黔)
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