129年前的今天
（1895年12月22日）
科学家威廉·康拉德·伦琴
拍摄了世界上第一张X射线照片
那就是伦琴太太的手
从那以后
X射线被应用于医学、天文学
材料科学、工业技术等多个领域
今天
我们一起来了解它是如何被发现的
威廉·康拉德·伦琴
第一张X射线照片诞生
19世纪末，阴极射线的研究成为科学界的焦点，众多科学家致力于通过实验探究其神秘性质。德国物理学家伦琴就是其中一员。
1895年的一天，伦琴如同往常一样在实验室中进行阴极射线的实验。他用硬纸板和锡箔将放电管包裹起来，以便更精确地观察阴极射线的情况。然而，就在这时，他意外地发现，在大约1米远的小桌上，一块由亚铂氰化钡制成的荧光屏突然发出了闪烁的光芒。伦琴严谨地重复了实验，逐步将荧光屏移至更远的位置，直至2米之外，荧光屏上的闪光依然可见。
这一现象与阴极射线已知的特性大相径庭，伦琴对此感到既惊讶又迷惑。他随后投入了几周的时间，深入研究这种未知的射线，并最终确信这是一种全新的、尚未被人类所认识的新射线。由于其性质尚不明确，他将其命名为“X射线”。
12月22日，伦琴夫人到实验室来，伦琴请她将手放在一张被黑纸严密包裹的照相底片上，并用X射线进行照射。冲洗后的照片上，手指的骨骼和结婚戒指清晰可见，这标志着人类历史上第一张X射线照片的诞生。
图片来源：第874期首都科学讲堂
X射线是19世纪末物理学领域三大实验发现之一，为众多科学领域的研究提供了一种更为有效的新工具。1901年，伦琴因为发现X射线的杰出贡献，而荣获首届诺贝尔物理学奖。
X射线推动医学影像发展
X射线本质上是一种电磁波，其波长很短。相较之下，可见光的波长为390~780nm，而X射线的波长仅为0.001~10nm。这种短波长赋予了X射线极高的能量，大约是可见光的数万倍。因此，X射线拥有强大的穿透力，能够穿透纸张、木材、玻璃、硬橡胶以及除铅和铂以外的大多数金属薄片。它们还能激发荧光物质发光、使照相底片感光以及电离气体。
自伦琴发明X射线成像技术以来，由于其操作简便、快速、准确以及无痛等特点，X射线在临床诊断中得到了广泛应用。它能够帮助医生初步诊断胸部、腹部和骨骼关节等部位的疾病，通过显示组织厚度和密度的变化，记录疾病的轮廓和功能变化。1896年，X射线技术首次在临床医学中应用，成功地从一位伦敦妇女的软组织中取出了一根缝针。
然而，X射线属于电离辐射，能够对人体细胞中的DNA产生原子层面的破坏，可能导致细胞无法正常合成蛋白质或在合成过程中出现异常。在X射线刚被发现时，人们对其兴趣浓厚，有些贵族甚至以拍摄X光照片为乐，最终导致数十万人因X射线而死亡或残疾，最早一批研究X射线的科学家们也几乎全部患上了癌症。因此，国际上对X射线的使用制定了非常严格的标准。
现代使用的X射线剂量通常不超过3毫西弗，医学影像的剂量更是精确控制，甚至只有零点几毫西弗。这样的剂量对人体造成伤害的可能性非常低，大约需要连续进行1000次以上的检查才可能造成影响，因此我们普通人拍X光片时不必太过担忧。
存在体表金属异物的胸部正位平片 图片来源：镇安县医院影像科
同步辐射光源探索微观世界
X射线的价值还不止如此。它还可以用于观察物质的微观结构，包括原子级别的观察，而无须将物体切碎。这一特性激发了科学家们将X射线作为研究工具的想法。
随着技术的进步，X射线光源的发展也经历了从小型、低功率到大型、高效率的转变。科学家们发现，通过加速器中电子甩出的X射线功率大、效率高，性质优良，因此开始将加速器作为X光光源使用。这种X光光源的发展最终形成了同步辐射光源。
目前，全球已建立60多台这样的光源，它们在揭示物质的微观结构方面发挥着重要作用，被形象地比喻为一个大型高科技照相馆，只要光源得当，就能拍摄出清晰的照片。
中国在同步辐射光源领域的发展也取得了显著成就，经历了从第一代北京同步辐射装置到正在北京怀柔建设中的第四代高能同步辐射光源HEPS的演变。
HEPS发射的同步辐射光亮度将比太阳高出1万亿倍，具备高度稳定性、高通量、微束径、准相干等优异性能，不仅适用于实验室研究，还能解决工业生产中的实际问题。 这样一束“光”，能帮助我们快速解析病毒结构，为疫苗和药物的快速研发提供支持；揭示药物与靶点的相互作用；观察锂离子在电池中的移动轨迹，为提高电池的容量和寿命提供新的思路。
总的来说，X射线的发现不仅开启了医学影像的新纪元，也极大地推动了科学研究的深度和广度，使我们能够更深入地理解物质世界，为技术创新和工业发展提供了强有力的工具。
参考资料：
1.“中科院之声”公众号.X射线的发现丨科学史小画
2.“首都科学讲堂”公众号.首都科学讲堂回顾丨第874期：探索微观世界的科学重器
3.“科技日报”公众号.影响人类生活的十大诺奖成果
4.“中国物理学会期刊网”公众号.伦琴与X射线的发现
5.央视新闻客户端.比太阳亮1万亿倍！它将发出最亮的“同步辐射光”→
6.“蝌蚪五线谱”公众号.做X光被要求脱光光，脱还是不脱？
制作：北京市科协融媒体中心
记者：赵玲
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