3/27– 陰極射線、X光、放射性

 

刊登日期:2023/3/5
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1857年,德國物理學家蓋斯勒(HeinrichGeissler)發明「蓋斯勒管」(也就是現代霓虹燈管的前身)後,許多科學家都對發光的原理感到好奇,試圖用更先進的真空技術抽出更多氣體,結果發現蓋斯勒管越接近真空,光芒就越黯淡。其中1824年3月27日出生於德國的物理學家希托夫(Johann Hittorf),於1869年嘗試在陰極和陽極之間放塊板子,結果發現板子的陰影投射在陽極那邊的玻璃上,可見有某種看不見的射線從陰極射向陽極,因此便將其稱為「陰極射線」,而這種裝置就稱為「陰極射線管」。
 
幾年後, 英國物理學家克魯克斯(William Crookes)將陰極射線管的真空程度提高到小於百萬分之一大氣壓,結果管子完全不再發光,只有陽極那端的玻璃本身發出綠色光芒,更令人好奇陰極射線究竟是什麼?赫茲(Heinrich Hertz)等人認為它是一種電磁波(赫茲於1886年以實驗證明電磁波的存在),有些人則主張是帶電的粒子,雙方爭執不休始終沒有定論。
 
德國物理學家倫琴(Wilhelm Röntgen)和希托夫同一天生日,也是3月27日,他在1895年50歲時,決定也來研究神秘的陰極射線。前一年,赫茲的弟子萊納德(Philipp Lenard)發表實驗結果,他在克魯克斯管陽極那端的玻璃開個洞,裝上鐵網後以鋁箔覆蓋,再抽真空。接著將一張塗了氰亞鉑酸鋇(Barium Platinocyanide)的板子靠近鋁箔窗,發現板子會發出螢光,代表陰極射線穿過了鋁箔,可見陰極射線不是粒子,而是電磁波。倫琴在11月先仿效這個實驗,確認無誤後,好奇陰極射線能穿越多厚的阻隔?
 
倫琴決定用紙板遮住完好的克魯克斯管,看是否還能讓塗上氰亞鉑酸鋇的板子發光。11月8日這一天,他將克魯克斯管接上電後,把紙板貼近陽極那端的玻璃,再關上燈確認紙板不透光,不料眼角餘光卻發現一、二公尺外,有螢光在黑暗中隱隱發亮!他打開燈才發現原來發亮的就是放在一旁那塊塗了氰亞鉑酸鋇的板子;萊納德之前的實驗已經證明陰極射線在空氣中頂多行進幾十公分,所以這絕對是不同於陰極射線的另一種射線,倫琴便將它取名為「X射線」。
 
接下來幾個星期,倫琴改用厚紙板、木頭、金屬等不同材料來局部阻隔,發現在發光板子上投出深淺不一的陰影,仍無法完全阻擋這神秘的射線,只有鉛的影子相當黝黑,能有效隔絕X射線。當他拿著一小片鉛塊測試時,板子上竟然出現手骨的陰影,令他大為震撼。當年年底他發表所做的實驗,便特地附上妻子戴著戒指的左手在X射線照射下的相片,果然立即震驚全世界,引起各路人馬競相研究。
 
法國物理學家貝克勒(Henri Becquerel)便是其中之一,他讀到倫琴的論文後,決心揭開X射線的神秘面紗。由於他對燐光礦物已研究多年,不禁猜想或許燐光礦物在吸收光線後發出螢光的同時,其實也發出看不見的X射線?---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》435期,更多資料請見下方附檔。

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