X射线是比紫外线波长还要短的电磁波,波长只有0.01~1纳米。
按照波长从长到短,又可以细分为软X射线、硬X射线、超硬X射线。
X射线具有很高的能量(频率),因此穿透能力非常强,底片、木料、布料在它面前都相当于“透明”的。
X射线是不带电的电磁波,同样可以发生衍射和干涉现象。
由于只有和波的波长相当尺寸的物体才能使波发生衍射现象,所以和可见光不同的是,只有固体材料中微观有序排列的原子才能使X射线发生衍射,因为原子的间距和X射线波长大致相当。
X射线是德国物理学家伦琴在研究阴极射线的时候发现的,当高速电子撞击金属靶材的时候会放出一种射线,这种射线穿透能力非常强,能够使包裹严实的照相底片曝光。
伦琴用他爱妻安娜的手拍摄了第一张X光片,无名指上的黑斑点正是他们的结婚戒指。
因为发现者伦琴认为他发现的是一种“未知”射线,所以命名为“X射线”——X代表未知数。
仅仅在X射线发现后四天,美国医生就用它发现了病人腿上的子d。
从此,X射线在医学影像学上被广泛应用,造福了一代又一代人。
固体中周期排列的原子会使X射线发生衍射,不同原子种类和排列方式可以导致完全不同的衍射斑点,因此X射线又是研究材料微观结构的有力工具。
著名的DNA双螺旋结构就是用X射线衍射技术测定出来的。
利用X射线的标识谱,还可以分析材料中元素成分和其含量。
对固体材料中的一些微观动力学过程,可以通过非d性的X射线散射来研究。
X射线同样还可以用于考古学研究,它可以无损探测文物内部情况。
利用X射线的穿透性,还可以进行工业品探伤和机场、火车站等地的无损安检系统。
观测宇宙中的X射线,我们也将得到关于恒星如何被黑洞绞碎,星系间的碰撞,超新星和中子星的诞生等等过程的信息。
X光和伽马射线最主要的区别是能量不同,而造成这两者能量不同的主要原因是二者的波长或者频率不同。
我们知道,电磁波在真空中的速度等于光速c,而波长乘以频率等于速度。
因此,虽然电磁波波速相同,但波长和频率可以不同。
这就导致了会出现按波长(或频率)不同而分布的电磁波谱。
从波长由长到短(即频率由低变高,能量也由低变高)依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线。
所以X射线和伽马射线本质都是一样的,但由于其波长或频率不同,产生机制也不同。
X射线的波长分布在10纳米~0.1纳米,对应的频率分布在3×10^16 Hz到3×10^19 Hz,而可见光的频率范围在10^14次方的量级。
由于电磁波的能量和其频率成正比,所以X射线的能量比较强,穿透能力也很强,但比伽马射线要弱。
举例来说,X射线波长短,照在物质上仅有部分会被吸收,大部分经由原子间隙透过去。
同时由于X射线的穿透能力和物质密度也有关,我们可以利用其将不同密度的物质区分开。
所以X射线常用来做医学诊断,观察人体内部结构。
但伽马射线则不同,伽马射线对细胞有杀伤力,在医疗上通常用来治疗肿瘤。
伽马射线具有极强的穿透本领。
人体受到伽马射线照射后,会使体内细胞发生电离作用,从而破坏细胞接口,严重的可以使细胞死亡。
但由于精准医疗的发展,现代伽马射线也可以用来服务于人类,比如伽马射线手术刀,进行精准肿瘤切除。
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