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X射线管（球管）结构与原理(3)

2014-12-29 21:34阅读：

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三、X射线管（球管）历史
德国物理学家伦威廉•康拉德•伦琴1845年生于德国伦内普，也就是现在的雷姆沙伊德－伦内普，1879年－1885年曾任吉森大学物理研究所所长。他在科学上的最大贡献是发现Ｘ射线，后来也有人称为伦琴射线。Ｘ射线的发现给现代物理学提供了一种新的研究手段，在光电效应研究、晶体结构分析、金相组织检验、材料无损探伤、人体疾病的透视与治疗方面都具有广泛的用途。伦琴因发明Ｘ射线而闻名于全世界，1901年获得了第一届诺贝尔物理学奖。还获得普鲁士二级王冠勋章、英国皇家学会伦福德奖章、哥伦比亚大学巴纳德奖章等。伦琴于1923年去世，他一生在物理学许多领域都进行过研究，50年中共发表50多篇论文。
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X射线管（球管）结构与原理(3)
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密性质，他称之为“X射线”——X在数学上通常用来代表一个未知数。

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早期实验所使用的线机 最早的的X线荧光屏
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。
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<<贝莎.伦琴夫人的手>>,放射影像学领域的第一张具有划时代意义的照片,伦琴的论文发表后,作为X线存在的权威证物, 这张相片曾经被疯狂转载于欧美各大媒体，令世界为之震动。
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。
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当时流行的广告卡通
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。
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X线摄影当时深得社会上层贵族人士的喜爱 ，人们都以拥有一张自己X线照片为荣
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。
X射线管（球管）结构与原理(3)
X射线管（球管）结构与原理(3)
X线投影技术很快就被引入医学,这是英军在非洲尼罗河战争中使用X线投影检查伤员
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。
X射线管（球管）结构与原理(3)

在Walter教授的大力帮助下，德国 人C.H.F.Muller于1896年2月初 发明出世界上第一个具有实际使用意义的X线球管，这是一只非常简单并且没有明确焦点对焦的球管。灯丝通电后，x线在整个底部发射，由于这个原因，接收到的图像非常模糊。但正是这个球管，诞生了一大批令世界为之震惊的相片。

紧接着，C.H.F.Muller为Walter教授和Voller教授发明出第一个具有焦点的x线球管。这种球管通过阴极置一个凹镜把X线汇聚于一点，这个具有里程碑的发明大大地增加了照片的清晰度和缩短了曝光时间。
X射线管（球管）结构与原理(3)


这是一只改进后的球管,x线从一块被放置成和阴极斜对称的特制的铂金片上放射出来，阴极如同凸镜形状。当管子两端通上电流后，阴极发射出电子流撞击铂金片，即今天我们常说的阳极，于是便产生x线。这种形状结构的球管由于有了一个重要的小焦点，因此具有比以前更加清晰的图像。
1896年2月21日，德国汉堡国家物理实验室使用C.H.F.Mulle X线球管拍摄出具有高清晰度的鱼的骨骼照片，从相片中我们还可以看到鱼肚子里面刚吞下的蚌类。
X射线管（球管）结构与原理(3)


今天我们放射医学所用的X线球管是以威廉.柯立兹所设计的球管作为基础而加以改进的。威廉.柯立兹为19世纪初美国通用电子研究所的物理学家。早期的球管由于玻璃管内总是有残留气体，因此在在通电加热时，X线球管往往难以启动，并且由于真空度不高导致球管工作短，寿命不长。

威廉.柯立兹的球管里面是真空的，并且利用灯丝通电发出电子流而产生X线。 素以严谨挑剔的纽约内科医师们都狂热地认可威廉.柯立兹的球管，因为他的球管比以前的球管更加精确、稳定和牢固，能得到更好的图象效果。经过长期的实践试验后，1913年，他的球管被引入医学领域，并应用于临床。
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（威廉.柯立兹 1873 - 1975）
具有标志性的几个球管：
X射线管（球管）结构与原理(3)
扁平阴极--阴极射线散乱地撞向玻璃管壁，没有具体焦点。即C.H.F.Muller设计的第一个球管（1896）

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