什么是X光？
X射线是一种电磁辐射，可能最著名的是它们能够穿透人的皮肤并显示其下骨骼的图像。技术的进步导致了更强大、更集中的X射线束，以及这些光波的更广泛应用，从成像微小的生物细胞和水泥等材料的结构成分到杀死癌细胞。
X射线大致分为软X射线和硬X射线。软X射线的波长相对较短，约为10纳米（纳米是十亿分之一米），因此它们属于紫外线（UV）和伽马射线之间的电磁（EM）光谱范围。硬X射线的波长约为100皮米（皮米是1万亿分之一米）。这些电磁波与伽马射线在电磁频谱中占据相同的区域。它们之间唯一的区别在于它们的来源：X射线是由加速电子产生的，而伽马射线是由四种核反应中的一种原子核产生的。
X射线的历史X射线是由德国Würzburg大学教授Wilhelm Conrad Róentgen于1895年发现的。根据非破坏性资源中心的“射线照相历史”，伦琴注意到高压阴极射线管附近的晶体显示出荧光，即使他用黑纸遮住它们。某种形式的能量是由穿透纸张并使晶体发光的管子产生的。伦琴将未知能量称为“X射线”。实验表明，这种辐射能穿透软组织而不是骨骼，并能在照相底片上产生阴影图像。
为这一发现，伦琴于1901年获得了第一个诺贝尔物理学奖。
X射线源和效应X射线可以斯坦福同步辐射光源主任凯利·加夫尼称，是通过将高能电子束撞击铜或镓等原子而在地球上产生的。当光束击中原子时，内壳层（称为s壳层）中的电子会受到撞击，有时会被抛出轨道。如果没有这个电子，原子就会变得不稳定，因此原子会“放松”或回到平衡状态，加夫尼说，所谓的1p壳层中的一个电子会掉进去填补这个空白。结果呢？一个X射线被释放出来。
“问题是荧光[或发出的X射线光]会向各个方向传播，”Gaffney告诉Live Science它们不是定向的，不能聚焦。制造高能、明亮的X射线源不是一个很容易的方法。
进入一个同步加速器，一种粒子加速器，可以像电子一样在封闭的圆形路径中加速带电粒子。基本物理学认为，当你加速带电粒子时，它就会发出光。Gaffney说，光的类型取决于电子（或其他带电粒子）的能量和推动它们绕圆周运动的磁场。
由于同步加速器电子被推到接近光速的位置，它们会释放出大量的能量，特别是X射线能量。不仅仅是任何X射线，还有一束非常强大的聚焦X射线。根据欧洲同步辐射设施，1947年，美国通用电气公司（General Electric）首次发现了
同步辐射。这种辐射被认为是一种麻烦，因为它导致粒子失去能量，但后来在20世纪60年代被认为是具有特殊性质的光，克服了X射线管的缺点。同步辐射的一个有趣的特点是它是偏振的，也就是说，光子的电场和磁场都在同一个方向上振荡，可以是线性的，也可以是圆形的。
，因为电子是相对论的[“或者以接近光速的速度移动”，当它们发出光时，最终会聚焦在前方，”加夫尼说这意味着你得到的不仅仅是光X射线的正确颜色，也不仅仅是因为你储存了很多电子，它们还优先朝前方向发射。
X射线成像
是因为它们能够穿透某些物质，X射线用于多种无损评估和检测应用，特别是用于识别结构部件中的缺陷或裂纹。根据无损检测资源中心的说法，“辐射是通过一个零件被引导到胶片或其他探测器上的。生成的阴影图显示了“内部特征”以及部件是否完好。这与医生和牙医办公室分别制作骨骼和牙齿的X光图像的技术相同。[令人惊叹的鱼类X光]
X光对货物、行李和乘客的运输安全检查也是必不可少的。电子成像探测器可以实时显示包裹和其他乘客物品的内容。
最初使用X射线对骨骼进行成像，骨骼很容易与当时可用的胶片上的软组织区分开来。然而，更精确的聚焦系统和更灵敏的检测方法，如改进的照相胶片和电子成像传感器，使得在使用更低的曝光水平的同时，能够区分组织密度中越来越精细的细节和细微的差异，计算机断层扫描（CT）将多个X射线图像合成一个感兴趣区域的3D模型。
“KDSP”与CT类似，同步辐射断层扫描可以显示物体内部结构的三维图像，如工程部件，根据赫尔姆霍兹材料与能源中心的说法，X射线疗法
放射疗法利用高能辐射通过破坏癌细胞的DNA来杀死癌细胞。由于治疗也会损害正常细胞，美国国家癌症研究所建议，治疗应谨慎规划，以尽量减少副作用。
根据美国环境保护署，所谓的X射线电离辐射，是以足够的能量将电子从原子和分子中完全剥离出来，从而改变其性质的集中区域。在足够的剂量下，这会损伤或破坏细胞。虽然这种细胞损伤会导致癌症，但也可以用来对抗癌症。通过将X射线指向癌细胞，它可以摧毁那些异常细胞。
X射线天文学根据密苏里州立大学天文学教授罗伯特帕特森的说法，X射线的天源包括包含黑洞或中子星的近双星系统。在这些系统中，质量更大、更致密的恒星残骸可以在其伴星盘旋向内时剥离物质，形成一个极热的X射线发射气体盘。此外，螺旋星系中心的超大质量黑洞在吸收其引力范围内的恒星和气体云时会发射X射线。由于地球的大气层阻挡了大部分的X射线，观测通常使用高空气球或轨道望远镜。
附加资源
了解更多信息，从SLAC下载这个名为“X射线早期历史”的PDF文件。NDE/NDT资源中心提供了有关无损评估/无损检测的信息。NASA在电磁光谱上的任务页解释了天文学家如何使用X射线“本页由Live Science常务编辑Jeanna Bryner于2018年10月5日更新。”
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2024-12-03 广告
