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威廉·康拉德·伦琴

伦琴

威廉·康拉德·伦琴(德语:Wilhelm Conrad Röntgen,1845年3月27日-1923年2月10日),德国物理学家。

1895年11月8日,时为德国维尔茨堡大学校长的他在进行阴极射线的实验时,观察到放在射线管附近涂有氰亚铂酸钡的屏上发出的微光,最后他确信这是一种尚未为人所知的新射线。有人提议将他发现的新射线定名为“伦琴射线”,伦琴却坚持用“X射线”这一名称,产生X射线的机器叫做X射线机。伦琴的名字英文一般写为Roentgen(德文名字Röntgen的另一种拼法),很多英语文献和资料使用这一拼写。1901年,首届诺贝尔奖颁发,伦琴获得诺贝尔物理学奖。

 

生平简介

 

伦琴出生在德国伦内普(Lennep;现在属于雷姆沙伊德的一部分)的一个纺织商人家庭. 在他三岁的时候全家搬到了荷兰的阿帕尔多伦 (Apeldoorn)。他在马尔廷尼斯·赫尔曼·凡·多伦学院 (Institute of Martinus Herman van Doorn)接受早期教育,后来就读于乌得勒支技术学校,但是因为给一位老师画讽刺漫画被学校开除,尽管他一直坚持他并没有画。

伦琴

1865年,伦琴进入乌得勒支大学读书,随后在苏黎世联邦理工学院学习机械工程。1869年获苏黎世大学物理学博士学位。1874年伦琴任斯特拉斯堡大学讲师。1875年成为霍恩海姆 (Hohenheim)农业学院教授。1876年他返回斯特拉斯堡大学做物理学教授,1879年任吉森大学物理系主任。1888年他就任维尔茨堡大学物理系主任。1900年,在巴伐利亚政府一再请求下担任慕尼黑大学物理系主任。

伦琴有亲属居住在美国艾奥瓦州,他曾经也打算移民。尽管他已经接受了纽约哥伦比亚大学的合约而且也真的买了跨洋船票,但是第一次世界大战的爆发改变了他的计划,他终于还是留在慕尼黑继续他未完成的事业。1923伦琴死于内脏癌症。因为他的研究只持续了不长时间,并且是在这个研究领域中为数不多严格使用铅防护屏的倡导者,因此很难相信他的癌症是源于电离辐射。

伦琴墓地

 

伦琴

科学研究

 

伦琴一生在物理学许多领域中进行过实验研究工作, 如对电介质在充电的电容器中运动时的磁效应、气体的 比热容、晶体的导热性、热释电和压电现象、光的偏振 面在气体中的旋转、光与电的关系、物质的弹性、毛细 现象等方面的研究都作出了一定的贡献,由于他对X射线 的发现赢得了巨大的荣誉,以致这些贡献大多不为人所注意。

伦琴

 

成就及荣誉——X射线的发现

 

1895年,物理学已经有了相当的发展,如牛顿力学,热力学,分子运动论,电磁学,光学,都建立了完善的理论,在应用上取得了巨大成果,物理学家普遍认为,物理学的发展已经到了尽头,正是由于x射线的发现,唤醒了沉睡的物理世界,它像一声春雷,唤醒了更多的物理学家,把人们的注意力引向更广阔的天地,揭开了现代物理学革命的序幕。

X射线的发现对于自然科学的发展有极为重要的意义,它像一根导火索,引起了一连串的反应,许多科学家投身于X射线和阴极射线的研究,导致了放射性,电子,以及α,β射线的发明,为原子物理的发展奠定了基础,同时由于科学家对X射线的探索,发现了X射线的衍射现象,由此打开了研究晶体结构的大门,根据晶体衍射的数据,可以精确的求出阿伏伽德罗常数。在研究X射线的性质时,还发现X射线具有标识谱线,其波长有特定值,和X射线管阳极元素的原子内层电子的状态有关,由此可以确定原子序数,并了解原子内层电子的分布情况,X射线的性质也为波粒二象性提供了重要依据。

对于伦琴发现X射线的伟大贡献,科学界也给予了极高的正确的评价,为后来的科学家作出了榜样。

伦琴获得第一个诺贝尔物理学奖

 

伦琴获得第一个诺贝尔物理学奖

 

1895年圣诞节前夕,他给他妻子的手拍了一张X光片。随后发表了关于他拍摄妻子手骨照片的论文并演示了拍摄过程。那个时候,诺贝尔奖刚刚设立。评奖委员会在1901年将第一个物理学奖颁发给伦琴时,特别指出,这位德国学者的发现,具有“实际应用结果”。当时的伦琴,已经非常有名,获得了不少的奖誉,所以,把刚刚问世的诺贝尔奖发给他,不仅给他本人带来荣誉,而且也一定有利于提高这一新奖的声誉。然而,诺贝尔奖章程中唯一要求的获奖发言,伦琴却从来没有做过。这位著名的科学家,不爱在公共场合出头露面,一生中经常躲避这样的发言。

An x-ray picture (radiograph) taken by Röntgen of Albert von Kölliker's hand at a public lecture on 23 January 1896.

 

相关故事

 

1895年9月8日这一天,伦琴正在做阴极射线实验。阴极射线是由一束电子流组成的。当位于几乎完全真空的封闭玻璃管两端的电极之间有高电压时,就有电子流产生。阴极射线并没有特别强的穿透力,连几厘米厚的空气都难以穿过。这一次伦琴用厚黑纸完全覆盖住阴极射线,这样即使有电流通过,也不会看到来自玻璃管的光。可是当伦琴接通阴极射线管的电路时,他惊奇地发现在附近一条长凳上的一个荧光屏(镀有一种荧光物质氰亚铂酸钡)上开始发光,恰好象受一盏灯的感应激发出来似的。他断开阴极射线管的电流,荧光屏即停止发光。由于阴极射线管完全被覆盖,伦琴很快就认识到当电流接通时,一定有某种不可见的辐射线自阴极发出。由于这种辐射线的神秘性质,他称之为“X射线”——X在数学上通常用来代表一个未知数。

这一偶然发现使伦琴感到兴奋,他把其它的研究工作搁置下来,专心致志地研究X射线的性质。经过几周的紧张工作,他发现了下例事实。(1)X射线除了能引起氰亚铂酸钡发荧光外,还能引起许多其它化学制品发荧光。(2)X射线能穿透许多普通光所不能穿透的物质;特别是能直接穿过肌肉但却不能透过骨胳,伦琴把手放在阴极射线管和荧光屏之间,就能在荧光屏上看到他的手骨。(3)X射线沿直线运行,与带电粒子不同,X射线不会因磁场的作用而发生偏移。

Birthplace of Roentgen in Remscheid-Lennep.

1895年12月伦琴写出了他的第一篇X射线的论文,发表后立即引起了人们极大的兴趣和振奋。在短短的几个月内就有数以百计的科学家在研究X射线,在一年之内发表的有关论文大约就有一千篇!在伦琴发明的直接感召下而进行研究的科学家当中有一位是安托万·亨利·贝克雷尔。贝克雷尔虽然是有意在做X射线的研究,但是却偶然发现了甚至更为重要的放射现象。

伦琴拍摄的第一张X线片:伦琴妻子的手.

在一般情况下,每当用高能电子轰击一个物体时,就会有X射线产生。X射线本身并不是由电子而是由电磁波构成的。因此这种射线与可见辐射线(即光波)基本上相似,不过其波长要短得多。

伦琴演示X线1

X射线发现才4天,美国医生就用它找出了病人腿上的子弹。企业家蜂拥而至,出高价购买X光射线技术。50万,100万,出价越来越高。“哪怕是1000万,”,伦琴淡淡的一笑答道:“我的发现属于全人类。

但愿这一发现能被全世界科学家所利用。这样,就会更好地服务于人类……”因此,伦琴没有申请专利权。他知道,如果这项技术被一家大公司独占,穷人就出不起钱去照X光照片。爱迪生得知这个消息后深受感动。他为接收X光发明了一种极好的荧光屏,和X光射线管配合使用,也没有申请专利权。

Roentgen_first_medical_xray----Hand mit Ringen: print of Wilhelm Röntgen's first x-ray, of his wife's hand, taken on 22 December 1895. One of a series of prints he made to show academic colleagues.

为了奖赏伦琴在科学上的贡献,巴伐利亚贵族院准备授予他王室勋章及贵族封号。但是伦琴不愿意用贵族来玷污自己的名字,他不顾一些势利小人的恶意诽谤,拒绝接受这一贵族封号。在诺贝尔逝世五年以后,首次颁发他所奠基的诺贝尔奖。伦琴是第一个获物理奖的人。他高兴地接收了诺贝尔奖金,但是却把数额为5万瑞典克罗纳的奖金转赠给沃兹堡大学。

当然X射线的最著名的应用还是在医疗(包括口腔)诊断中。其另一种应用是放射性治疗,在这种治疗当中X射线被用来消灭恶性肿瘤或抑制其生长。X射线在工业上也有很多应用,例如,可以用来测量某些物质的厚度或勘测潜在的缺陷。X射线还应用于许多科研领域,从生物到天文,特别是为科学家提供了大量有关原子和分子结构的信息。

发现X射线的全部功劳都应归于伦琴。他独自研究,他的发现是前所未料的,他对其进行了极佳的追踪研究,而且他的发现对贝克雷尔及其他研究人员都有重要的促进作用。

伦琴实验室.

伦琴奖金以德国物理学家威廉·康拉德·伦琴的姓氏命名,是为了纪念他对现代物理学作出的巨大贡献。

Wilhelm_Conrad_Röntgen_(1845--1923).

 

伦琴奖金

 

伦琴奖金是德国吉森尤斯图斯·利比希大学颁发一项奖励,由德国的两家公司于1974年共同设立,他们是韦茨拉尔的阿图尔普法伊菲尔股份有限公司和霍伊歇尔海姆-吉森的顺克·埃贝股份有限公司。这两家公司为伦琴奖金一直担保了6年,也就是说一直担保到1980年。伦琴奖金每年颁发一次,奖金金额为5000马克,主要授予年青科学家,奖励他们在放射物理学与放射生物学领域基础研究中所写的优秀论文或其它形式的杰出贡献。伦琴奖金的评选委员会由两家创办公司和吉森大学的代表组成,负责对由颁奖委员会推荐出的候选人进行评选。伦琴奖金可授予一人,也可由几人分享。

 

伦琴卫星

 

伦琴卫星(Röntgensatellit,缩写为ROSAT)是德国,美国和英国联合研制的一颗X射线天文卫星,为纪念发现X射线的德国物理学家伦琴而命名。这颗卫星原计划由航天飞机发射,由于挑战者号事故,推迟到1990年6月1日,用德尔塔II型火箭在美国卡纳维拉尔角发射升空。卫星上搭载有两台成像望远镜,工作波段分别为0.1-2.4keV的软X射线和0.06-0.2keV的极紫外线。其中X射线望远镜采用4层沃尔特I型掠射式望远镜,总接收面积为1140平方厘米,分辨率可达5角秒。

伦琴演示X线2

1990年7月到1991年2月,伦琴卫星进行了为期6个月的软X射线巡天观测。在后来的9年里,伦琴卫星探测到了150,000个X射线源,取得了一批重要的成果,包括拍摄到了月亮的X射线照片、观测了超新星遗迹和星系团的形态、探测了分子云发出的弥散X射线辐射阴影、孤立中子星、苏梅克-列维9号彗星与木星碰撞发出的X射线、双子座X射线源杰敏卡的脉动等等,还发现了彗星的X射线辐射。1999年12月12日,伦琴卫星停止工作。

关于伦琴的漫画.

 

X线简介

 

波长介于 紫外线 和 γ射线 间的 电磁辐射 。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称为伦琴射线。波长小于0.1埃的称超硬X射线,在0.1~1埃范围内的称硬X射线,1~10埃范围内的称软X射线。

 

放射性物质产生的照射量单位

 

伦琴是放射性物质产生的照射量的一个单位。得名于德国实验物理学家威廉·康拉德·伦琴(Wilhelm Conrad R?ntgen)。英文代号为R,其定义是在0摄氏度,760毫米汞柱气压的1立方厘米空气中造成1静电单位(3.3364×10^10库仑)正负离子的辐射强度=1伦琴单位。伦琴单位不是国际单位,但在医学等方面还是很常用。与国际单位的换算是1伦琴单位=2.58×10-4库仑/千克。一般用来衡量X射线和γ射线的强度。用伦琴单位衡量其他形式的辐射(例如α粒子)时可以乘上一个表示生物影响性能的Q因子。

纪念伦琴的邮票.

伦琴单位表示的是存在的辐射量,不等于生物组织的吸收情况。衡量后者使用的是辐射剂量,单位为雷姆或西弗。1雷姆大致相当于人体全部吸收了1伦琴单位的辐射。西弗(又译希沃特,英文Sievert,缩写Sv)是一个国际单位制导出单位,用来衡量辐射对生物组织的伤害(剂量当量)。得名于瑞典生物物理学家Rolf Maximilian Sievert。定义为1西弗=1焦耳(辐射能量)/公斤。旧时剂量当量还用雷姆单位(又称人体伦琴当量)衡量,1雷姆=0.01西弗。

伦琴博物馆

1895年12月22日,伦琴把他的妻子,带到了研究所。要知道,伦琴本人也是一名入迷的业余摄影爱好者。人们今天猜测,大概也是出于偶然的缘故,伦琴发现,他命名以“X射线”的神秘光线,也可以让摄影底板曝光。为此,他设计了一种特殊的装置。就在1895年圣诞节前夕的这一天,他给他妻子的手,拍了一张X光片。“今天,人们就把这一天,看作是放射科的诞生之日”,伦琴博物馆的布什这样介绍道。伦琴博物馆,设于伦琴的出生地——德国的雷姆沙伊德-伦纳珀(Remscheid-Lennep)。

1845年3月27日,伦琴作为一名布商的儿子来到世上。

伦琴发现X线

 

X射线的发现

 

1895年间伦琴使用他的同行赫兹、希托夫、克鲁克斯、特斯拉和莱纳德设计的设备研究真空管中的高压放电效应。11月初伦琴重复着莱纳德管试验,这个莱纳德管加入了一个很窄的金属铝做的窗口,允许阴极射线从管子射出来,另外有块纸板覆盖住铝窗口保护它不被产生阴极射线的强电场区破坏。他知道纸屏能够防止光线逃逸,但是观察到当他用涂了氰亚铂酸钡的小纸屏靠近铝窗,看不到的阴极射线能够在纸屏上产生荧光效应。这让伦琴想到,比莱纳德管的管壁更厚的克鲁克斯管可能也会导致荧光效应。

伦琴和他的第一张X线片.

1895年11月8日下午晚些时候,他决定试验他的想法。他仔细的做了一个跟莱纳德管试验类似的黑纸屏,并用这块版覆盖住克鲁克斯管并把电极放到一个感应线圈 (旧称为“鲁姆科夫线圈”)中来产生静电电荷。在用氰亚铂酸钡屏验证他的想法之前,伦琴把房间弄暗以检测是不是他的纸板漏光。当他把线圈穿过管子的时候,确定板子确实不透光,并着手进行下一步实验。就在这时,他从距离试验管几米远的地方注意到微弱的光。为了确定他的发现,他试着重复上面的操作,每次都能看到同样的微光。 擦燃一根火柴,他才发现是他放在工作台上准备下一步使用的氰亚铂酸钡发光。

接下来的几个小时伦琴一遍一遍的重复着试验。他很快确定出一个距离管子特定的距离,从这里能够观察到比前面的试验更强的荧光。他推测可能发现了一种新的射线。11月8日是一个星期五,伦琴利用这个周末重复试验并做了第一次记录。在接下来的几个星期他在实验室内吃住,研究了他暂时命名为X射线的新射线的差不多所有性质,并用对未知的部分给出数学表示。尽管最终新的射线用他的名字来命名为伦琴射线,但是他总是首选最初的术语X射线。

伦琴获诺贝尔物理学奖1.

伦琴发现X射线并非偶然,他也不是独自工作。据调查,当时多个国家不少人都在进行这方面的研究而且,发现时间也很接近。事实上,2年前宾夕法尼亚大学就已经制造出X射线和和它的影像记录。然而,那里的研究人员没有意识到这一发现的重要性,只是把他们归档了事,因此也就失去了获得最伟大物理发现的赞誉的机会。他碰巧在屏上发现的东西把他的注意力从原来的研究中引开了。他当时已经计划在下一步的试验中用那个屏,那之前很短时间他就取得了这一发现。

当他研究不同材料对这种射线的阻挡能力, 就把这一小片材料放到射线产生的地方。可以想象当看到第一张呈现在他制作的屏幕上的X光影像上闪烁的骨架的时候,伦琴是多么地惊讶。据说他后来在实验室秘密的进行这项试验,因为他害怕如果这个发现是个错误会影响他的教授声誉。

伦琴获诺贝尔物理学奖

伦琴的原始论文《一种新的X射线》在50天后也就是1895年12月28日被出版。1896年1月5日,奥地利一家报纸报道了伦琴的发现。伦琴发现X射线以后,维尔兹堡大学授予他荣誉医学博士学位。在1895年到1897年间他一共出版了总计3篇关于X射线的论文。伦琴治学十分的严谨,到现在为止还没有发现他的学术论文里面存在错误。

 

影响和荣誉

 

伦琴的发现不仅对医学诊断有重大影响,同时也影响了20世纪许多重大科学成就的出现。

受伦琴的影响,1896年亨利·贝克勒在发光材料的试验中偶然发现了一种新射线的穿透性。这样伦琴的发现间接地影响了放射性的发现。因为该发现1903年贝克勒和居里夫人被共同授予诺贝尔奖。

伦琴获诺贝尔物理学奖纪念章

伦琴射线直到今天最重要的应用领域仍然是医学诊断。用于诊断的射线强度已被大大降低,同时诊断结果可以显示更清晰的细节。在现代数字技术的帮助下,伦琴射线诊断已经可以提供人体内部三维图像。除了在医学上,伦琴射线还应用在微观世界的观察和对太空的研究。另外一个伦琴射线的重大应用领域是材料无损探伤。使用伦琴射线可以检测出金属材料和焊接部位的内部缺陷。

为了纪念伦琴的成就,X射线在许多国家被称为伦琴射线。另外第111号化学元素錀(Roentgenium (Rg))也以伦琴命名。在伦琴的祖国,德国有许多以伦琴命名为学校,街道和广场。由于伦琴在物理学的杰出成就,在德国的吉森市,柏林市和伦琴的出生地伦内普(Lennep)(雷姆沙伊德)都建有伦琴纪念碑。

 

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