活动板房加固:X射线的应用

★伦 琴 意 外 发 现

1901 年12 月10 日， 第 一 届 诺 贝 尔 物 理 学 奖 被 授 予 德 国 物 理 学 家 伦 琴， 以 表 彰 他 发 现 了X 射 线( 后 人 又 称 之 为“ 伦 琴 射 线”)。 此 事 说 来 有 点 偶 然。 今 天 的 电 视 机 显 象 管， 源 出 于19 世 纪 末 的“ 阴 极 射 线 管”。 当 时， 科 学 家 发 现， 如 果 在 一 根 玻 璃 管 的 两 端 密 封 上 正 负 两 个 电 极， 并 加 上 高 电 压。 当 玻 璃 管 中 的 空 气 被 抽 空 时， 正 极 那 一 头 的 玻 璃 管 壁 上 会 发 出 漂 亮 的 光 辉。 当 时 认 为， 是 阴 极 发 射 的“ 阴 极 射 线”( 后 来 被 证 实 是 电 子 流) 打 到 玻 璃 管 壁 上， 使 它 发 出 光 辉 来。 于 是， 将 这 种 抽 真 空 的 管 子 称 为“ 阴 极 射 线 管”。

研 究 阴 极 射 线 是 当 时 物 理 学 界 的 热 门 课 题， 其 中 有 德 国 维 尔 茨 堡 大 学 校 长、 物 理 学 家 伦 琴。1895 年11 月 初 的 一 个 晚 上， 为 了 防 止 外 界 对 阴 极 射 线 的 影 响， 同 时 也 不 让 阴 极 射 线 与 可 见 光 线 漏 出 管 外， 他 用 黑 纸 把 放 电 管 保 得 严 严 实 实， 实 验 室 也 用 窗 帘 密 封 成 暗 室。 就 在 这 黑 暗 的 环 境 中 做 实 验 时， 伦 琴 意 外 地 发 现1 米 以 外 的 荧 光 屏 竟 发 出 了 微 弱 的 荧 光， 这 一 现 象 使 他 十 分 惊 奇。 因 为 当 时 已 查 明 阴 极 射 线 在 空 气 中 只 能 穿 过 几 厘 米， 而 现 在 即 使 把 荧 光 屏 移 到2 米 开 外， 它 仍 能 发 出 荧 光。 很 显 然， 这 阴 极 射 线 管 发 射 出 的 除 了 阴 极 射 线 外， 还 有 别 的 东 西。

伦 琴 的 发 现 轰 动 了 欧 美， 一 时 间 议 论 纷 纷。 美 国《 生 活》 杂 志 于1896 年 发 表 的 这 幅 漫 画， 着 实 渲 染 了 一 番X 射 线 穿 透 一 切 的 威 力。 一 家 广 告 公 司 趁 机 推 出“ 防X 光 内 衣”， 声 称“ 没 有 它， 任 何 女 士 都 不 安 全。”
伦 琴 确 信 他 已 经 发 现 了 一 种 新 的 射 线， 由 于 对 这 一 射 线 的 性 质 一 无 所 知， 所 以 他 用 数 学 中 称 未 知 数 的 办 法， 把 它 称 为“X 射 线”。

★应 用 医 学 诊 断

伦 琴 的 新 发 现 使 他 如 痴 如 醉， 一 连 几 天 废 寝 忘 食 地 在 实 验 室 进 行 研 究。 伦 琴 的 昼 夜 不 归， 引 起 他 夫 人 的 误 会， 就 赶 到 实 验 室 看 个 究 竟。 伦 琴 一 看 妻 子 来 了， 就 叫 她 帮 忙 做 实 验， 让 她 把 左 手 放 在 用 黑 纸 包 着 的 照 相 底 片 上， 然 后 用X 射 线 加 以 照 射， 竟 然 拍 到 了 手 指 骨 骼 的 照 片。 这 是 历 史 上 第 一 张X 光 照 片， 伦 琴 的 这 个 实 验 翻 开 了 医 用X 射 线 应 用 研 究 的 第 一 页。

由 于X 射 线 能 顺 利 穿 透 肌 肉 组 织， 但 穿 不 过 骨 骼 这 样 密 度 大 的 组 织， 于 是 就 在 底 片 上 留 下 阴 影。 如 果 骨 折 的 话， 在 底 片 上 的 阴 影 里 很 容 易 找 到 断 裂 处， 因 此，X 射 线 首 先 就 被 应 用 到 外 科 探 伤 中 去。X 射 线 被 发 现3 个 月 后， 奥 地 利 维 也 纳 一 家 著 名 的 医 院， 就 开 始 在 外 科 诊 断 中 用X 射 线 来 拍 片 了。 半 年 之 后， 英 国 就 出 版 了 第 一 本X 射 线 研 究 的 专 业 杂 志《X 射 线 临 床 摄 影 资 料》。X 射 线 在 医 学 诊 断 上 的 应 用 如 燎 原 之 火， 如 今， 拍X 光 片 已 成 为 医 学 诊 断 中 一 种 常 用 的 手 段 了。 可 是， 这 一 切 都 源 于1895 年 伦 琴 的 一 次 意 外 发 现， 以 及 他 对 这 一 奇 怪 现 象 所 进 行 的 深 入 研 究。 由 此 可 见 基 础 研 究 的 深 远 意 义。

从 本 世 纪60 年 代 起， 南 非 出 生 的 美 国 物 理 学 家 科 马 克 和 英 国 电 气 工 程 师 豪 斯 菲 尔 德， 提 出 了 用 计 算 机 控 制 的X 射 线 断 层 扫 描 原 理， 并 发 明 了X 射 线 断 层 扫 描 仪( 简 称CT 扫 描 仪)。 这 一 发 明 使 医 生 们 能 看 到 人 体 内 各 种 内 脏 器 官 的 横 断 面 图 象， 因 而 能 准 确 诊 断 许 多 病 症， 大 大 丰 富 了 医 用X 射 线 诊 断 的 内 容。 他 们 两 人 也 因 此 而 荣 获1979 年 度 的 诺 贝 尔 生 理 学 及 医 学 奖。

★窥 探 物 质 结 构

正 当X 射 线 在 医 学 诊 断 中 大 显 身 手 时， 它 的 另 一 个 重 要 应 用 也 显 露 端 倪。1912 年， 德 国 物 理 学 家 劳 厄 大 胆 假 设， 如 果X 射 线 是 一 种 波 长 很 短 的 电 磁 波， 晶 体 中 的 原 子 又 都 按 一 定 规 则 排 列 的 话， 当X 射 线 穿 透 晶 体 时， 应 当 跟 光 线 穿 过 衍 射 光 栅 后 一 样， 也 会 出 现 衍 射 图 样。 他 的 这 一 设 想 不 久 就 被 实 验 所 证 实。 规 则 分 布 在 感 光 底 片 上 的 衍 射 黑 点， 被 称 为“ 劳 厄 图 样”， 它 就 是 晶 体 的 微 观 结 构 在 宏 观 上 的 体 现。 劳 厄 的 成 功 可 谓 是 一 箭 双 雕： 既 证 明X 射 线 具 有 波 动 性， 又 证 明 晶 体 中 的 原 子 是 有 规 则 排 列 的。 为 此， 他 荣 获 了1914 年 度 的 诺 贝 尔 物 理 学 奖。

紧 接 在 劳 厄 之 后，1915 年 度 的 诺 贝 尔 物 理 学 奖 被 授 予 英 国 物 理 学 家 布 拉 格 父 子 俩， 原 因 是 他 们 在 劳 厄 工 作 的 基 础 上， 提 出 了“ 布 拉 格 公 式”。 这 一 公 式 可 以 使 人 们 在 研 究 被 晶 体 散 射 的X 射 线 的 情 况 后， 求 得 晶 体 中 原 子 平 面 间 的 距 离d， 从 而 精 确 测 定 晶 体 的 实 际 原 子 结 构。

1917 年， 英 国 物 理 学 家 巴 克 拉 又 因 研 究X 射 线 而 获 得 诺 贝 尔 物 理 学 奖。 他 的 贡 献 是 发 现 了 元 素 的X 射 线 标 识 辐 射， 人 们 可 以 根 据 元 素 所 发 射 的 标 识X 射 线， 来 确 定 这 种 元 素 在 周 期 表 上 的 排 位， 从 而 决 定 它 是 什 么 元 素。 瑞 典 物 理 学 家 西 格 巴 恩 又 进 一 步 建 立 了X 射 线 的 光 谱 学， 并 为 此 荣 获1924 年 度 诺 贝 尔 物 理 学 奖。

仅 利 用X 射 线 研 究 物 质 结 构， 在 短 短 十 年 中 就 有4 次5 人 获 得 诺 贝 尔 物 理 学 奖。 基 础 研 究 之 重 要 性， 在 此 一 览 无 遗。

★提 示 生 命 奥 秘

X 射 线 分 析 技 术 在 揭 示 复 杂 的 生 物 大 分 子 的 奥 秘 上， 也 是 屡 建 奇 功 的。

DNA 的 双 螺 旋 式 结 构
1953 ～1959 年， 上 述 小 布 拉 格 手 下 的 两 位 助 手 佩 鲁 茨 和 肯 德 罗， 用 改 进 了 的X 射 线 分 析 法， 测 定 了 肌 红 蛋 白 及 血 红 蛋 白 分 子 的 结 构。 众 所 周 知， 血 红 蛋 白 是 血 液 中 氧 的 携 带 者， 它 由12000 个 左 右 的 原 子 组 成。 如 此 众 多 的 原 子 是 怎 样 构 成 血 红 蛋 白 的 呢? 佩 鲁 茨 和 肯 德 鲁 通 过 自 己 的 研 究， 搞 清 了 它 的 结 构。 他 们 因 此 而 获 得 了1962 年 度 的 诺 贝 尔 化 学 奖。

说 来 也 巧， 这 一 年 的 诺 贝 尔 生 理 学 和 医 学 奖 授 给 了 英 国 生 物 物 理 学 家 克 里 克、 威 尔 金 森 和 美 国 生 物 学 家 沃 森， 原 因 是 他 们 发 现 了 遗 传 物 质 脱 氧 核 糖 核 酸(DNA) 的 双 螺 旋 式 结 构。 他 们 能 取 得 这 项20 世 纪 生 物 学 的 最 伟 大 成 就， 依 靠 的 也 是X 射 线 分 析 法。 其 中， 克 里 克 原 先 就 是 一 位 物 理 学 家， 后 来 在 玻 尔、 薛 定 谔 等 物 理 学 大 师 的 影 响 下 转 向 生 物 学 研 究。 关 于DNA 我 们 在 后 几 回 中 还 要 详 述， 这 里 先 按 下 不 表。

因 使 用X 射 线 分 析 法 研 究 蛋 白 质、 核 糖 核 酸、 青 霉 素、 维 生 素 等 生 物 大 分 子、 有 机 高 分 子 的 结 构， 而 荣 获 诺 贝 尔 化 学 奖、 诺 贝 尔 生 理 学 与 医 学 奖 的 科 学 家 多 达10 多 人。 可 以 这 样 说， 如 果 没 有X 射 线 分 析 法， 我 们 是 不 可 能 探 测 生 命 的 奥 秘 的。

★展 现 无 穷 潜 力

以 上 介 绍 的 多 为X 射 线 在 科 学 上 的 应 用， 其 实 它 在 经 济 和 社 会 中 的 应 用 也 极 其 广 泛。 机 场 里 对 旅 客 行 李 的 安 全 检 查， 就 是 使 用X 光 机。 它 能 把 隐 藏 在 行 李 中 的 枪 支 透 视 出 来。 码 头 上 大 型X 光 机 能 协 助 海 关 人 员， 把 夹 杂 在 集 装 箱 里 的 走 私 物 品 查 出 来。 半 导 体 工 厂 的 质 检 人 员， 用X 光 机 来 检 验 已 封 装 好 的 集 成 电 路 板 质 量。 事 实 上，X 射 线 分 析 法 已 成 为 工 业 产 品 质 量 检 查 的 重 要 手 段。

在 红 极 一 时 的“ 星 球 大 战” 计 划 中， 核 心 武 器 是 高 能X 射 线 激 光 器， 装 在 军 事 卫 星 上 的 这 种 尖 端 武 器 能 远 距 离 摧 毁 对 方 的 洲 际 导 弹。 它 在 超 大 规 模 集 成 电 路 的 制 造 上 也 大 显 身 手， 因 为 波 长 极 短 的X 射 线 激 光， 可 以 把 电 路 中 的 连 线 光 刻 成 头 发 丝 的 几 万 分 之 一 那 么 细!

看 了 上 述 这 些 例 子， 读 者 一 定 会 感 到 惊 奇， 想 不 到 伦 琴 无 意 中 发 现 的X 射 线， 竟 会 有 这 么 多 应 用 ！ 讲 到 这 里 不 禁 使 人 想 起 英 国 大 科 学 家 法 拉 第 发 现 电 磁 感 应 后 的 情 景。 一 天 他 当 众 演 示 由 磁 生 电， 有 位 贵 妇 人 嘲 弄 地 问 他：“ 先 生， 你 发 明 的 这 玩 意 儿 有 什 么 用 处?” 法 拉 第 微 微 欠 身 回 答 道：“ 夫 人， 请 问 新 生 的 婴 儿 有 什 么 用 呢?” 观 众 中 顿 时 爆 发 出 阵 阵 喝 彩 声。

的 确， 科 学 新 发 现 犹 如 呱 呱 坠 地 的 婴 儿， 当 人 们 正 在 用 轻 视 的 目 光 议 论 他 的 幼 稚 时， 他 却 以 不 可 阻 挡 的 步 伐 长 大 成 人。 这 就 是 科 学 的 力 量 所 在， 这 就 是 我 们 必 须 重 视 基 础 科 学 研 究 之 理 由

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