1901年：Wilhelm Conrad Röntgen，发现了X射线

我们知道，X射线的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现（分别是：1895年发现X射线、1896年发现放射性、1897年发现电子）之一，这一发现标志着现代物理学的产生。其发现为诸多科学领域提供了一种行之有效的研究手段，对20世纪以来的物理学以至整个科学技术的发展产生了巨大而深远的影响。

让我们从他的一个故事开始，其实，名人们也有着普通人的幽默。

1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴偶然发现了X射线与治疗人体疾病的关系，并取得了很大的成功，结果引发了很多科学家的嫉妒，包括当时比伦琴更年长也更知名的科学家舒贝在内，很多人评判伦琴是个“不务实的家伙”，因为X射线是不可见的。

有一天，舒贝满怀醋意地故意给伦琴写信刁难他说：“伦琴先生，我的胸中残留着一颗子弹，需要用你的X射线来治疗，请你邮寄你的X射线给我吧，另外写一份使用说明书一起寄给我，我相信你不会拿不出来的，我们都知道，你是一个务实的科学家。”

伦琴收到这封信后一看就知道了，这是舒贝在为自己设局呢，对方的意思很明显：如果你不把X射线邮寄过来，那就代表着你确实是个不务实的家伙，因为只有虚幻的东西才没办法邮寄。

伦琴顿时陷入了两难之中，要寄吧，这X射线还真不是一个可以邮寄的东西，但如果自己对这封信置之不理，那么舒贝就会笑自己缺乏应对的底气和能力；如果写信对舒贝细细解说X射线的理论，恐怕也不会得到舒贝的尊重与理解，写得再详细也是白搭，到底怎么办才好呢？伦琴再三思虑后终于有了办法，他根据舒贝的信件内容写了一封“针锋相对”的回信，他在信中说：“实在对不起舒贝先生，现在我手头的X射线刚好用光了，而且射线太长，真的没办法邮寄，这样吧，你把你的胸腔寄过来吧，我帮你检查检查，我知道你是一个比我更务实的科学家，你一定不会拿不出你的胸腔吧？”

舒贝收到伦琴的回信后，脸顿时红了，他本想将伦琴一军，没想到却反过来被伦琴将了一军，使自己落进了一个难堪的局面里。不过也正因如此，舒贝反而被伦琴的智慧所折服了，多年后，舒贝不仅称赞伦琴是一个改变人类命运的科学家，还是一个优秀的语言学家。

【伦琴生平简介】

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威廉·康拉德·伦琴

伦琴，1845年生于普鲁士的来尼斯，年青时就读于荷兰机械工程学院和苏黎世物理学院，1869年获得哲学博士学位。学业结束后，先在维尔茨堡大学物理实验室任助教，随后在施特拉斯堡物理学院任讲师。教学六年，便成为霍恩海堡农业专科学校的教授。1876 年，伦琴主持吉森大学物理学讲座达9年之长。 随后, 耶拿大学和乌得勒兹大学都留下了他的足迹，从1894 年开始，伦琴担任维尔茨堡大学校长和慕尼黑物理研究所所长。1895 年, 伦琴经过继续反复实验，发现了一种射线，称之为X射线，他因此而誉满全球。伦琴在50年的研究工作中，共发表了50多篇论文，由于他的多方面成就，除获得了第一届诺贝尔物理学奖外，他还获得普鲁士二级王冠勋章、英国皇家学院伦福德奖章、哥伦比亚大学巴纳德奖章等。

 

【发现X射线的意义】

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15世纪末16 世纪初，建立在实验基础上的经典物理学在欧洲迅速发展，到19世纪末已经取得了辉煌的成果。当时, 许多物理学家都认为，这一领域基本的、原则性的问题已经解决，后面的工作只是进一步修正和补充细节。但随着X射线这一发现，现代物理学之门在人们面前訇然开启，偶然的瞬间将物理学研究引向了一个新境界。

同时，也诞生了放射学这一新兴学科。

 

 

世界上第一张X光片图为当年伦琴妻子左手的X光照射图

 

【发现X射线的当天】

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那天（1895年11月8日），直到傍晚，伦琴还在德国维尔茨堡大学物理研究所进行实验。为了准确观察阴极射线的荧光作用，伦琴用黑纸将实验用的放电管严密地包裹起来，以免放电管受到外界环境干扰。准备就绪后，他接通了放电管的高压电源。在黑暗中，他看到一米以外的实验屏上闪烁着绿色的微光。

伦琴想，也许是黑纸没有包严，于是仔细查看了包裹情况。但当他再一次接通电源时，绿色的闪光又出现了。这使得伦琴大为震惊,他再三重复这一实验，每次都将实验屏挪远一点儿，直至2米远的距离仍然能清晰地看到闪光。伦琴确信这不是阴极射线造成的，因为阴极射线在空气中的穿透力只有几厘米，这是一种新的射线。他用一本书挡在荧光屏前，这神奇的光线竟能透过这本书。这一发现紧紧抓住了伦琴的心，他迫不及待地用各种办法对新射线进行了测试。

结果证明，这种射线是从阴极射线轰击的玻璃管内壁上发出的，它能够透过玻璃、硬橡胶、木板以及除去铅和铂以外的金属，而且在通过棱镜时不会被折射和反射，也不会因磁铁干扰而偏转，还能够使照相底片感光，更使他惊叹不已的是自己的手出现在底片上时竟是一副骨骼像! 伦琴再也无法抑制自己的激动心情。在给好友的信中，他写道：“我高兴极了！我要当面试给你看……我终于发现了一种光，我也不知道那是一种什么光……无以名之，就把它叫做X光吧。”

 

【严谨的公布】

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伦琴充分地认识到这项发现的重要性， 也急于将它公布出来。但他知道这项发现的意义，不敢在没有得到充分资料的情况下贸然公布(数年后，有人问他在发现X射线时想些什么，他回答说：“我不想什么，我只做实验”)。

他狂热地实验了七个星期后，终于在1895年12月28日写出了他的第一篇论文。在这篇论文里，他不仅宣布了这项发现，而且还报告了X射线的所有基本特性，如其电离气体的能力及其不受电场或磁场的影响等。

伦琴于1896年1月23日作了首次关于新现象的演讲。在他讲完后,便征求自愿应试的人，当时近八十高龄的克利克（瑞士解剖学家和生理学家)走上前来，伦琴给他的手照了一张X光相片，这张照片显示出一位八十老人的形状优美的手骨。

于是狂热的欢呼和对X射线的兴趣席卷了欧洲和美洲。

 

 

X射线的发现与研究

X射线的发现起源于阴极射线的研究。阴极射线是在研究真空放电现象时发现的，成为19世纪下半叶物理学家普遍感兴趣的中心问题。

早在20世纪30年代，法拉第就研究了真空放电现象，发现薄气体在放电时会产生光。但由于他没有得到高真空（只有几千分之几的大气压），所以没有更多发现。

1855年，德国波恩大学科学仪器技术人员盖斯勒制造了一个简单的水银泵，并成功地将金属电极密封在玻璃管中，制造了高真空放电管。

从1858年到1859年，德国数学家和物理学家普鲁克用盖斯勒管进行了真空放电实验，发现对阴极的放电管壁上有绿色荧光，磁铁可以移动荧光斑。

 

盖斯勒管发光原理   

 盖斯勒管是一种可见光发射器件，其发光原理是通过电子在高电场下与气体分子相互碰撞，使其激发到激发态，再回到基态时，通过发出光的方式释放出能量。盖斯勒管具有结构简单、功耗低、寿命长、响应速度快等优点，被广泛应用于数字显示、照明等领域。

   盖斯勒管发光原理的具体过程如下：   首先，电子被加速器加速后，进入到盖斯勒管内被高电场加速，在碰撞气体分子时能量转移，激发气体分子内部的电子从基态向激发态跃迁，同时在能量传递过程中，气体分子的振动、转动和外部壳层电荷分布的改变等过程也会激发出辐射能。当电子回到基态时，会通过辐射的形式来释放出能量，通常是通过可见光的形式展现出来。  

 因此，盖斯勒管的发光颜色取决于气体种类和压力，不同的气体种类和压力对应不同的波长和颜色的光。例如，氖气的光谱线主要在红色区域，氦气的光谱线主要在黄色区域。

   在实际应用中，盖斯勒管的发光亮度和可见光谱线强度与电场强度、气体种类、压力、电流密度等参数密切相关。同时，盖斯勒管的寿命和温度、工作环境等因素也有关联，需要进行合理的设计和使用。

一、X射线的发现
0年后，普鲁克的学生希托夫发现放电起源于阴极，并通过直线运动。他推断荧光是由这种射线撞击玻璃管壁而产生的。
1876年，德国物理学家哥尔德施泰因称这种射线为阴极射线。

1879年，英国物理学家克鲁克斯进一步改进了真空泵，制造了更高真空度的阴极射线管，发现阴极射线可以旋转小叶轮，从而推断阴极射线具有动量，是一种带电粒子流。

1894年，赫兹的学生德国实验物理学家勒纳德在放电管的玻璃墙上打开了一扇薄铝窗，成功地将阴极射线射出了管道，但他和赫兹认为阴极射线是一种以太波。

德国物理学家伦琴在探索阴极射线时，一个意外地发现轰动了全。他首先用勒纳德管重做了勒纳德的实验，证明阴极射线可以使放电管附近的荧光屏产生荧光。1895年11月8日晚，他改用克鲁克斯管继续实验。他用黑色纸板密封了放电管，只留下一个狭缝。当他检查是否漏光时，他意外地发现1米外的荧光屏上有闪光。这种现象显然不能用阴极射线的性质来解释，因为阴极射线只能穿透几厘米的空气。经过几周的反复实验，他确信这是一种穿透力强的新型神秘射线，是由阴极射线撞击玻璃管壁而产生的。因为它的性质还不为人所知，他称之为X射线。他发现X射线可以穿透1000页的书，2~3cm厚的木板，15mm厚的铝板；用X射线拍照可以显示木箱里的法码，有绝缘包皮的金属线。其中，特别引人注目的是伦琴夫人手骨的照片，手骨和手指上的结婚戒指清晰可见，这也就是历史上第一张X光图。12月28日，伦琴将他的论文送到维尔茨堡物理医学会出版。几天后，这个消息传播到了世界各地。它在科学史上传播迅速，反应强烈，这是罕见的。

二、X射线的应用

 
伦琴的论文在三个月内被印刷了五次。首先，X射线在医学上的应用受到了广泛的关注，伦琴夫人的手骨照片成为最轰动的新闻，表明它可以透过皮肉透视骨骼，为医学诊断提供了强有力的新手段。来自世界各地的医学家竞相研究，在骨科和内科都取得了丰硕的成果。关于X射线的各种研究论文如雨后春笋般涌现，一年内有1000多篇论文，48篇专著等等。然而，当时的肆意宣传并不符合伦琴的初衷。他认为X射线摄影只是一种手段，他的目的是深入研究X射线的本质。只是，由于当时条件不成熟，研究进展不大，他在1896-1897年内只发表了两篇论文，然后回到原来的研究课题，把X射线的研究留给别人。

1901年诺贝尔物理学奖表彰 Wilhelm Röntgen，发现了X射线

 

 
X射线的发现不仅给医疗保健事业带来了新的希望，也开启了物理革命的序幕。它打破了当时物理学家的现有格局，展示了物理学和未知领域需要我们不断探索。

三、产生X射线的条件

产生X射线需要而且必须满足以下三个条件：

可以发射自由电子的材料、对自由电子进行加速的高压电场、真空环境。

通常情况下，使用电阻丝进行加热产生自由电子（通常称之为灯丝），然后使用恒定的直流高压电源形成加速电场，把这些零件和电场封闭在一个真空的壳体内，就形成了我们通常所说的X光球管。上述三个条件缺一不可，有一个条件不满足就无法正常产生X射线。

 

 

 

历史：Geissler tube|盖斯勒管

盖斯勒·海因里希是19世纪德国物理学家，他因在制造化学和物理仪器方面的技巧和独创性而迅速获得了很高的声誉。他最为人所知的是以他的名字命名的密封玻璃管--盖斯勒管，通过密封玻璃管展示了伴随着通过高度稀薄的蒸汽和气体放电的现象。

盖斯勒管是一种早期的气体放电管，用于演示电辉光放电原理，类似于现代霓虹灯。盖斯勒·海因里希于1857年发明。该管由一个密封的、部分抽空的、形状各异的玻璃圆柱体组成，两端各有一个金属电极，其中含有氖、氩或空气等气体、汞蒸气或其他导电流体、或可离子化的矿物质或金属。当在电极之间施加高电压时，电流流过管。电流将电子从气体分子中解离，产生离子，当电子与离子重新结合时，气体通过荧光发光。发射的光的颜色是管内材料的特性，可以实现许多不同的颜色和照明效果。盖斯勒管是最早的气体放电灯在20世纪初，这项技术被商业化并发展成霓虹灯。

 

 

从19世纪80年代起，盖斯勒管作为新奇和娱乐设备大量生产，玻璃管中形成了各种球形腔室和装饰性蛇形路径。有些管子的形状非常精致复杂，将在外壳中包含腔室。在20世纪早期的科学研究中，简单的直盖斯勒管被用作高压指示器。当盖斯勒管靠近高压交流电源时，即使不与电路接触，它也会发光。它们被用来调谐无线电发射机的谐振回路。