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第63章 X射线的发现

从19世纪中叶开始,对气体放电的研究非常盛行。在长玻璃管的两端封入阴、阳两个电极,然后施以高电压,同时用真空把管中的空气抽掉,当空气变得非常稀薄时,管内便闪出淡红色的光,如果进一步把空气抽出,使之几乎变成真空时,淡红色的光消失,而阳极附近的玻璃管壁上则开始闪现出淡绿色的光。

19世纪50年代末,德国的尤利乌斯·普吕克发现,某种射线从阴极射向阳极,碰到玻璃管壁便发出淡绿色的荧光。这种射线被取名为阴极射线。许多人积极地进行研究,但总把握不住它的本质。德国的物理学家一般都把阴极射线看成是同光一样的电磁波。英国的物理学家坚持认为这是粒子流,后来汤姆生证明它确实是电子流。

19世纪90年代中期,德国的菲利普·赖纳特,在玻璃上开一个洞,蒙上铝箔,便发现阴极射线穿透铝箔射向外面。透出的阴极射线碰到涂有铂氰化钡的荧光屏时,就会发出亮光,因此,很容易就知道了它的存在。

第二年,德国的维尔茨堡大学教授威廉·康拉德·伦琴曾采用这种赖纳特的装置研究阴极射线。一天晚上,伦琴为了研究阴极射线的性质,用黑色薄纸板把一个灯管严密地套封起来,并把实验室的百叶窗放下,使室内变得漆黑。在接上高压电流进行实验中,他意外地发现在放电管1米以外的一个荧光屏(涂有荧光物质铂氰化钡的纸屏)上却闪着亮光。一切断电源,荧光就立即消失。这个现象使他非常惊奇,于是他全神贯注地重复做实验。他发现即使在离仪器2米处,屏上仍有荧光出现。伦琴确信,这个新奇现象不是阴极射线造成的,因为实验已证明阴极射线只能在空气中进行几厘米,而且不能透过玻璃管。他决定继续对这个新发现进行全面检验。一连六个星期他都在实验室里废寝忘食地工作着。经过反复实验,他确信发现了一种过去未被人们所知的具有许多特性的新射线。他写的论文中说明了初步发现的X射线的如下性质:(1)阴极射线打在固体表面上便会产生X射线;固体元素越重,产生的X射线越强。(2)X射线是直线传播的,在通过棱镜时不发生反射和折射,不被透镜聚焦。(3)与阴极射线不同,不能借助磁体(即使磁场很强)使X射线发生任何偏转。(4)X射线能使荧光物质发出荧光。(5)它能使照相底片感光,而且很敏感。(6)X射线具有很强的贯穿能力,比阴极射线强得多。它可以穿透千页的书,二三厘米厚的木板,几厘米的硬橡皮等。15毫米厚的铝板,不太厚的铜板、银板、金板、铂板和铅板的背后,都可以辨别荧光。只有铅等少数物质对它有较强的吸收作用,对1.5毫米厚的铅板它实际上不能透过。伦琴一次检验铅对X射线的吸收能力时,意外地看到了他自己拿铅片的手的骨骼轮廓。证明这种光线能够穿透除骨骼以外的人体,并在底片上感光。于是他请他的夫人把手放在用黑纸包严的照相底片上,用X射线照射,底片显影后,看到伦琴夫人的手骨像,手指上的结婚戒指也非常清晰,这成了一张有历史意义的照片。

因为在数学上,未知数习惯于用X表示,所以,伦琴给这种偶然发现的未知的射线取名为X射线,后来科学界称之为伦琴射线。

1896年元旦,伦琴将他的论文和第一批X射线照片复制件分送给一些著名物理学家。几天之后,这个发现就传遍了全世界,在公众中引起轰动。其传播之迅速,反应之强烈,在科学史上是罕见的。伦琴由于发现X射线,于1901年成为第一个诺贝尔物理学奖获得者。

X射线的发现具有十分重大的意义,它是19世纪末20世纪初发生的物理学革命的开端。它的发现对于化学的发展也有重要意义,以X射线晶体衍射现象为基础建立起来的X射线晶体学,是现代结构化学的基石之一。

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