X射线在物理学科研究中的关键作用

X射线的发现引导了天然放射性的发现，而对天然放射性的研究又导致居里夫妇发现放射性元素钋和镭，伦琴（W.C.Rontgen）、贝可勒尔（Becquerel）、和居里夫妇都获得了诺贝尔物理学奖，他们取得成就的原因从思维方式上看，注重科学推理，在实际工作中勤奋严谨、尊重事实。1896年1月20日法国科学院周会上，彭加勒（J.H.Poincare）出示了伦琴寄给他的最早的X射线照片，科学院的另一位院士贝可勒尔（其家族以研究荧光和磷光闻名于世已有60年的历史）马上意识到X射线与荧光之间很可能有什么关系，于是立即投入研究。他把铀盐放在照相底片上用黑纸包住放在太阳底下晒，以产生荧光和X射线。后来有一次因为一连几天的阴天下雨无法实验，只好把黑纸包锁在抽屉里。等天气放晴后，由于贝可勒尔的细心严谨，在实验前首先检查底片，意外发现底片感光且是前所未有的强烈［1］。经反复验证，贝可勒尔确认是一种新的带电荷射线，穿透能力比X射线还要强。他于1896年5月18日宣布了他的实验结果，提出这种放射性是原子自身的作用。放射性的发现吸引了一批杰出的物理学家。居里夫妇首先投入到放射性的研究之中，提出了“放射性是铀本身的原子特性”。在分离放射性物质时发现铀的沥青矿渍中放射性比铀本身强4倍。推想其中有新的放射性元素。在极端困难的情况下于1898年7月发现放射性元素钋，12月发现镭。1906年皮·居里遇车祸身亡，居里夫人忍住悲痛，继续从事研究。1910年她分离出0.1g纯镭，并确定镭发射的β射线是电子流。1911年她再度被授予诺贝尔化学奖，成为第一个在不同领域二次获奖的科学家。镭的发现促进了放射性的研究，再加上电子的发现，使卢瑟福原子结构模型得以建立，为原子物理学奠定了基础。

现在人们都知道X射线是电磁波，即具有波动性又具有粒子性，但当时人们并不明确。1912年德国物理学家劳厄（M.von Laue）通过晶体衍射实验得到了衍射图样一劳厄图，证实了X射线的波动性［2］。同时也证明了晶体点阵结构的周期性（在此之前无法证明）他因此荣获1914年诺贝尔物理学奖。1912年劳厄图的公布引起了亨·布拉格（Henr Bragg）和劳·布拉格（Lawrence Bragg）父子的注意，他们使用X射线分光计对晶体结构进行精心研究，认为晶体中整齐排列相互平行的原子面可以看成衍射光栅，并推导出著名的布拉格公式。1913年亨·布拉格制成第一台X射线摄谱仪［3］。布拉格父子奠定了X射线结构分析和X射线谱学的基础，为深入研究物质内部结构开辟了可靠途径。布拉格父子同获1915年诺贝尔物理学奖。1917年英国的巴克拉（Barkla）因发现元素的次级X射线标识谱获1917年诺贝尔物理学奖。1921年瑞典的西格班（Siegbahn）设计出研究光谱用的真空分光镜。并通过分析这些X射线标识谱的相似性提出由内层电子发射形成。他还证明了巴克拉发现的K辐射和L辐射，并发现了新的线系及L系、K系结构。1924年西格班用棱镜折射X射线成功，用实验直接证明了X射线是短波长的电磁波。由于以上贡献他荣获1924年诺贝尔物理奖。(www.xing528.com)

1920年康普顿在华盛顿大学用X射线做散射试验，发现经靶散射后波长变长而且出射方向与入射方向有偏离，后被称为“康普顿效应”。1923年康普顿用光量子理论解释这一现象，证明了X射线的粒子性，并证实了能量、动量守恒对微观粒子适用性。由于他的贡献，获得了1927年诺贝尔物理学奖［2］。