现代物理学革命的开始--x射线

现 代物理学革命的开始v1895年，物理学已经有了相当的发展，几个主要部门 -牛顿力学、热力学和分子运动论、电磁学和光学，都已经建立了完整的理论，在应用上也取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶了，以后的任务无非是在细节上作些补充和修正而已，没有太多的事好做了。vX射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。它像一声春雷，引发了一系列重大发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命的序幕。关于阴极射关于阴极射 线线 本性的争本性的争 论论1.X射线的发现起源于对阴极射线的研究，射线的发现起源于对阴极射线的研究， 1856年德国盖斯勒年德国盖斯勒放电管的发明为研究真空放电现象提供了实验手段；放电管的发明为研究真空放电现象提供了实验手段； 1859年德国普吕克发现了放电管阴极发出的绿色辉光，年德国普吕克发现了放电管阴极发出的绿色辉光， 1876年年德国戈尔茨坦指出绿色辉光是由阴极的某种射线引起的，德国戈尔茨坦指出绿色辉光是由阴极的某种射线引起的，命名为命名为 “ 阴极射线阴极射线 ” 。2.围绕阴极射线的本性究竟是光波还是粒子，德国和英国科围绕阴极射线的本性究竟是光波还是粒子，德国和英国科学家展开了争论，最终导致了物理学的三大实验发现。学家展开了争论，最终导致了物理学的三大实验发现。为什么做个 B超检查，就知道你肾脏里是否有一个石头 ?或者胆囊里头是否有一个石头？伦琴（ Wilhelm Conrad Rontger），德国科学家。1895，发现了 x-rays. X射线的发现偶然性？偶然性？ X射线的发现过程在物理学史上是一个必然性通过偶然性射线的发现过程在物理学史上是一个必然性通过偶然性开辟道路的典型例证。开辟道路的典型例证。 在伦琴之前，英国克鲁克斯等人曾遇见过它，但均因疏在伦琴之前，英国克鲁克斯等人曾遇见过它，但均因疏忽而与重大发现擦肩而过。忽而与重大发现擦肩而过。 伦琴因发现伦琴因发现 X射线荣获射线荣获 1901年的首次颁发的诺贝尔物理学年的首次颁发的诺贝尔物理学奖。奖。二、放射性的 发现 伦琴发现的伦琴发现的 X射线引起法国物理学家贝克勒尔（射线引起法国物理学家贝克勒尔（ A.H. Becquerel, 1852 -1908） 的兴趣。的兴趣。 因为伦琴是通过荧光材料所发出的荧光而发现因为伦琴是通过荧光材料所发出的荧光而发现 X射线的射线的，所以贝克勒尔想知道是否有荧光材料放出，所以贝克勒尔想知道是否有荧光材料放出 X射线。射线。太阳光下 实验 1896年年 2月，贝克勒尔把感光片包在黑纸里放到太阳下，再把月，贝克勒尔把感光片包在黑纸里放到太阳下，再把荧光物质的晶体压在上面。荧光物质的晶体压在上面。 他的设想是：他的设想是： 太阳光照射晶体产生荧光，如果荧光中有太阳光照射晶体产生荧光，如果荧光中有 X射线射线，那么它就能穿透黑纸使底片暴光。，那么它就能穿透黑纸使底片暴光。 结果：结果： 底片冲洗后，上面有了阴影。这证明有放射线穿透了底片冲洗后，上面有了阴影。这证明有放射线穿透了黑纸，贝克勒尔断定荧光确实放出黑纸，贝克勒尔断定荧光确实放出 X射线。射线。阴天的 实验 贝克勒尔只好把包好的底片放进抽屉，上面还是压着那块贝克勒尔只好把包好的底片放进抽屉，上面还是压着那块荧光物质的晶体。荧光物质的晶体。 结果：底片上有很多的阴影。显然，这阴影与太阳无关、结果：底片上有很多的阴影。显然，这阴影与太阳无关、与荧光无关，而与晶体本身有关。与荧光无关，而与晶体本身有关。 贝克勒尔用的晶体是一种铀的化合物贝克勒尔用的晶体是一种铀的化合物 硫酸双氧铀钾，硫酸双氧铀钾，这样他便发现了铀能自发辐射出能量。这样他便发现了铀能自发辐射出能量。 居里夫人在居里夫人在 1898年年把这种现象命名为放射性。把这种现象命名为放射性。人类破天荒第一次无损伤看到人体内部的解剖结构！人类破天荒第一次无损伤看到人体内部的解剖结构！伦琴夫人手骨 X 线照片(1895年 12月 22日 )1901年诺贝尔物理学奖X射线的性质 v人的肉眼看不 见 X射 线 ，但 X射 线 能使气体 电 离，使照相底片感光，能穿 过 不透明的物体， 还 能使 荧 光物 质发 出荧 光。v X射 线 呈直 线传 播，在 电场 和磁 场 中不 发 生偏 转 ；当穿过 物体 时仅 部分被散射。v X射 线对动 物有机体（其中包括 对 人体）能 产 生巨大的生理上的影响，能 杀伤 生物 细 胞。X射线的本质X射 线 也是 电 磁波的一种，波 长 在 10 8cm左右1-3 X射线的产生及 X射线管X射线的产生：X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。靶物质电子源h3h2 h1高速运动的电子受障碍物阻止，由于它们相互作用产生 X射线。轫致辐射（碰撞法）：用高速电子流轰击阳极靶而获得。一 连续 X射线的产生（一）连续 X射线谱1. X 射线的产生的条件1）高速运动的电子流 ；2）适当的障碍物 靶 ( target )阳极 阴极窗口1） X 射线管2）低压电源 3）高压电源4）整流电路 2. X射线的产生装置( 高度真空的玻璃管 )( 灯丝、电子射线， 5 10 伏 )( 加速电场，万伏 )(将交流电变成直流电 )管电压管电流靶2. X 射线的硬度（ Hardness of X Rays ） X射线的贯穿本领。医学上常用管电压的千伏数（ KV）来表示 X射线的硬度 (如 50KV,100KV等 ) .管电压 电子速度 v 光子频率 贯穿本领 指 X射线的贯穿本领，决定于 h，与 N无关3. X射线的分类（根据硬度）.名称 管电压（KV）最 短波 长（ nm）主要用途（目前多用于诊断，不用于治疗）极软 X射线 520 0.250.062 软组织摄影、表皮治疗软 X射线 20100 0.0620.012 透视和摄影硬 X射线 100250 0.0120.005 较深组织治疗极硬 X射线 250以上 0.005以下 深组织治疗易透性组织 中等透性组织 不易透性组织低 组织 中 组织 高 组织气体脂肪组织结缔组织肌肉组织软骨血液骨骼4. 人体组织器官按照衰减系数的大小分为三类 .5. X射线影像形成的主要条件1、 X射线应具有一定的穿透力2、被穿透的组织必须存在衰减系数和厚度的差异3、显像X 线 胶 片 白荧 光 屏 黑 灰透射 X线（气管）低 组织（肌肉）中 组织（骨）高 组织灰白黑1. 普通 X 射线成像普通 X 射线透视普通 X 射线摄影（ X光片）存贮保管难 ! 取片查询难 !后期处理难 ! 远程传输难 !普通 X 射线成像的缺点2. 数字化 X 射线成像计算机处理存贮器(D/A)转换显示 打印检 测 器(模拟信号 )数字化设备(A/D转换 )810 10 9 2 0 2 8 8 106 1 3 8 4 8 1 0 10 0 9 10 5 10 4 4 56 0 10 10 3 9 8 5 67 5 10 9 1 8 9 4 01 6 10 10 2 9 10 2 00 2 7 4 1 3 4 1 00 1 0 0 0 0 0 1 00