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α、β、γ、中子、阴极射线和X射线有些什么特点?
chbchen 2017-9-27 17:29
射线由各种放射性核素,或者原子、电子、中子等粒子在能量交换过程中发射出的、具有特定能量的粒子或光子束流。反应堆工程中常见的有的α射线、β射线、γ射线和中子射线。这些射线有什么特性呢? 1 α粒子 α粒子:是高速运动的带正电的氦原子核。它的质量大、电荷多,电离本领大。但穿透能力差,在空气中的射程只有1~2厘米,通常用一张纸就可以挡住。 2 β射线 β射线:是高速运动的电子流。它带付电荷,质量很小,贯穿本领比α粒子强,电离能力比α粒子弱。β射线在空气中的射程因其能量不同而异,一般为几米。一通常用一般的金属板或有一定厚度的有机玻璃版、塑料版就可以较好地阻挡β射线对人的照射。 3 γ 射线 γ射线:是波长很短的高能电磁波。它不带电,不具有直接电离的功能,但可以通过和物质的相互作用间接引起电离效应。γ射线具有很强的穿透能力,在空气中的射程通常为几百米。要想有效地阻挡γ射线,一般需要采用厚的混凝土墙或重金属(如铁、铅)板块。 4 中子射线 中子射线:是由中性粒子组成的粒子流。不带电,穿透能力强。它像γ射线一样可通过和物质的相互作用产生的次级粒子间接地使物质电离。通常将中子按其能量由低到高分为热中子(小于0.5电子伏)、慢中子、中能中子、快中子、高能中子(大于10兆电子伏)。日常使用的中子源(如镅-铍中子源和钋-铍中子源)或某些加速器存在中子防护问题。 中子弹爆炸画面 普通人对中子的了解,恐怕更多的是来源于对威力巨大的核武器中子弹那种“只杀人,不毁物”的印象。中子究竟是什么?中子是基本粒子的一种,是原子核的组成部分,其质量为电子质量的1838倍。中子与人体内的氢原子相遇是旗鼓相当,往往辐射产生致密电离,释放出大量能量,对各种生物活性分子造成不可修复的损伤,中子射线是利用这一特性杀死癌细胞的。 放射生物学研究表明,癌变组织通常由有氧型和乏氧型两类细胞组成,其中有氧癌细胞易被放射线杀死,但乏氧癌细胞却对常规放疗所用的X射线、伽玛射线以及电子束不敏感,耐受性强,往往杀不死。这也就是常规放疗后癌症容易复发的主要原因。但奇特的是,这种乏氧癌细胞对中子射线却特别敏感,中子恰恰是它的天敌和克星,经中子射线照射后的肿瘤部位,乏氧细胞的复活率几乎为零,基本没有致死(或亚致死)性损伤修复。故而中子射线照射的结果是术后癌症复发率极低,疗效独特。 中子治癌的优点 ⊙ LET(传能线密度)较高; ⊙ 中子RBE(相对生物效应系数)较大; ⊙ 中子的OER(氧增效比)较低; ⊙ 细胞增殖周期不同时期的细胞对中子放射敏感性差别较小 中子在肿瘤放射治疗中的应用 1 硼中子俘获治疗 : 治疗恶性肿瘤最理想方法是在杀灭肿瘤细胞的同时尽量减少对邻近正常组织的损害。对肿瘤进行放射治疗时,肿瘤细胞附近的正常组织难免也会受到照射, 而且除非破坏所有的癌细胞,否则仍有复发的危险。因此, 近年来适形放射治疗和生物靶区的研究和应用成为放射治疗学的热点课题。虽然外科手术、放疗、化疗等方法已可以成功地治愈某些恶性肿瘤, 但仍有许多恶性肿瘤治疗效果不理想。1936年Locher 首先提出硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy, 简称 BNCT)的概念, 即应用热中子照射靶向聚集在肿瘤部位的10B,10B俘获中子后,产生重离子α和7Li 进而杀灭肿瘤细胞。BNCT为许多用传统方法无法治疗的肿瘤提供了一种新的治疗方法。 2 锎-252中子(中子刀) :锎-252中子源自动遥控系统——中子刀,是一种集现代核物理、核医学、放射生物学、自动控制、计算机软件等多学科为一体的大型高科技治疗设备,中子刀是采用腔内直接对肿瘤进行照射的方法,通过锎—252发出的中子射线对病灶进行打击,以有效破坏恶性肿瘤的组织,使其萎缩坏死。中子刀与其它后装治疗设备相比,其优势是治疗功能与其它放疗设备相比要高出2至8倍,而副作用却微乎其微。中子治疗肿瘤时,有肿瘤组织消退快,肿瘤局部控制率高,不易复发等优点,3、4期宫颈癌和1、2期直肠癌的局部控制率和生存率均明显高于常规光子线放疗。锎-252中子近距离后装治疗解决了传统的γ射线近距离后装治疗不能解决的问题。 5 X射线 X射线:在各种放射线中,人们通常解最多的就是X射线。它和γ射线一样,是一种高能电磁辐射,有较强的穿透能力,且只有通过与物质相互作用,才能使物质间接地产生电离效应。它与γ射线的不同之处是能量较低,通常是高速电子轰击的金属靶产生的,不是由放射性核素自发衰变释放出的。一般需要采用重金属板块来屏蔽X射线。但对低能量的软X射线(如来自电视机和计算机的低能量软X射线),电视机或计算机的显示屏就能很好地对它加以屏蔽。 6 阴极射线 从低压气体放电管阴极发出的电子在电场加速下形成的电子流。阴极可以是冷的也可以是热的,电子通过外加电场的场致发射、残存气体中正离子的轰击或热电子发射过程从阴极射出。 阴极射线是在1858年利用低压气体放电管研究气体放电时发现的。1897年J.J.汤姆孙根据放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电,并测出其荷质比,这在一定意义上是历史上第一次发现电子,12年后R.A.密立根用油滴实验测出了电子的电荷。 阴极射线应用广泛。电子示波器中的示波管、电视显像管、电子显微镜等都是利用阴极射线在电磁场作用下偏转、聚焦以及能使被照射的某些物质?如硫化锌?发荧光的性质工作的 。高速的阴极射线打在某些金属靶极上能产生X射线,可用于研究物质的晶体结构。阴极射线还可直接用于切割、熔化、焊接等。 扫码关注我们吧
个人分类: BNCT|73 次阅读|0 个评论
给肉身菩萨做X-光断层扫描成像
热度 1 laserdai 2015-2-24 02:56
中国是佛教大国。佛教上有很多匪夷所思的事情,比如双休功,舍利子和肉身菩萨。 肉身菩萨 ,在中国并不罕见,就是一些所谓得道德高僧死后的躯体自然干化,被后人加以保护措施,受人膜拜。 西方具有强大的科技手段和创新精神,因此每隔一段时间就有类似应用的报道,很有兴趣。比如使用X-光或者太赫兹手段分析古代名画,比附找出《蒙娜丽萨》画布上以前画过的作品,分析《最后的晚餐》的各种颜料;也见到多次使用X-光等手段研究埃及的木乃伊,前段时间看到某个著名法老的木乃伊Tutankhamun被发现是的了一种传染病死掉的。 前不久注意到一则报道, 一座18世纪的墨西哥耶稣雕像拍X光,震惊的发现它竟然有人类真正的牙齿 ,怀疑有人为此贡献了真身。 对这些肉身菩萨进行X-光研究,注意到了第一个报道。 最近荷兰人给一座千年佛像做了个X-光全身断层扫描(CT),扫描结果显示佛像内部居然藏了一个木乃伊 (肉身菩萨),这位菩萨保持着一个冥想打坐的姿势,如下图。 该佛像估计年代是11世纪-12世纪,是鹿特丹世界博物馆中所成列的许多木乃伊之一。 据报道,这尊佛像是中国冥想协会(Chinese Meditation School)的佛学大师柳泉(liuquan),没有搜索到这个名字的任何信息。该尊佛像是现今仅存的唯一一尊来自十一世纪的佛像,也是唯一一尊中国佛教协会提供个西方研究佛像。 最近该佛像在Meander医学中心接受了CT扫描。 该研究的领导人之一是阿默斯福特人Erik Bruijn,是佛教艺术和文化研究专家,在鹿特丹的博物馆做客教授。 根据内窥镜的检查,科学家还有一些新发现。Vermeijden还通过内窥镜技术对佛像“真身”的胸腔和腹腔进行了检测,并在某个器官中找到了一些腐烂物质中找到了一些印有中国古代文字的纸片。   Heggelman拍了CT扫描,完美展示了木乃伊内部的全部样子,他们还将把骨材料的样本进行DNA检测。相关的研究将以专题论文的形式发布。 资料来源: Scientists shocked after CT scan of 1,000-year-old Buddha statue reveal mummified remains of meditating monk Read more: http://www.dailymail.co.uk/news/article-2964089/Mummified-monk-inside-1-000-year-old-Buddha-statue-CT-scan.html#ixzz3Sb0jmNXk
个人分类: 社会文化历史|8950 次阅读|2 个评论
纪念德国著名物理学家伦琴发现X射线
xupeiyang 2013-1-5 07:49
1895年1月5日,德国著名物理学家伦琴发现 X 射线。他因此于1901年获第一次诺贝尔物理学奖金。这一发现宣布了现代物理学时代的到来,使医学发生了革命。
个人分类: 科学名人|4699 次阅读|0 个评论
[转载]远古宇宙伽马射线暴或隐藏终极“万物定律”
crossludo 2012-12-11 16:20
远古宇宙伽马射线暴或隐藏终极“万物定律” 科学家发现“IKAROS”太阳帆飞船伽马射线暴旋光仪收集到的光子中或隐藏着宇宙终极定律信息。 据国外媒体报道,日本宇宙航空研究开发机构“IKAROS”太阳帆飞船最新宇宙伽马射线暴观测结果:来自宇宙的最高能量释放事件使得科学家们发现探索时空性质的通道。 在剧烈的伽马射线暴中,释放的光子或携带了所有时空性质的奥秘 ,科学家称之为“万物定律”。“IKAROS”太阳帆飞船上搭载了先进的伽马射线暴旋光仪(GAP),日本科学家通过这台精密仪器获得了迄今最高能伽马射线光子的最精确测量数据。 艺术家绘制的恒星形成区方向上出现的伽马射线暴 来自大阪大学的研究人员Kenji Toma在一份声明中提到:这一研究结果从根本上限制了量子引力论,该理论是爱因斯坦的相对论和量子理论的结合产物。伽马射线暴被认为宇宙中最强能量释放事件之一,是恒星死亡或者高致密的中子星发生碰撞时产生的剧烈能量释放爆发。研究人员Kenji Toma和他的研究小组通过对宇宙伽马射线暴的详细测量来研究光子的性质,并确定了它们的极化现象。 宾夕法尼亚大学的天体物理学家德里克·福克斯(Derek Fox)认为其涉及到的原理类似于大多数电影院中使用的3D投影系统,通过两个极化效应可得到两个信号,并与水平线呈45度,但它们是彼此垂直的。我们只需要佩戴适当的偏振眼镜就可以使左右眼看到对应的像。天体物理学家德里克·福克斯并不是这支研究小组的一部分,但他的研究与此类似。这一发现可能暗示了超弦理论在其中起到的作用,该理论认为宇宙中的所有基本粒子实际上是振动的“能量弦线”,粒子之所以出现不同的类别是因为弦线的振动情况等参数不同。根据超弦理论的研究人员介绍:这是一个企图统一宇宙力量的理论。 如果这一想法是正确的,那么它将有利于调和爱因斯坦广义相对论和量子力学之间的矛盾,前者可在非常大宏观层面上对天体进行解释,而量子力学则适用于描述非常小的尺度。德里克·福克斯认为我们生活在一个量子宇宙中,量子力学被用于描述在亚原子水平上所有力和粒子的行为,但最终我们希望得出一个量子引力理论对一些宇宙现象进行解释。 根据超弦理论的科学家预测, 如果粒子与反粒子(被认为是另一种形式的正反物质)的时空发生了逆转,那么我们的世界看上去依然是相同的。 假如存在证据发现正物质与反物质的行为是不同的,或者违背明显的对称性,那么该证据就能支持超弦理论。德里克·福克斯认为如果我们证明任何一个物理过程可以违反这一进程,甚至在极小的尺度上,也将改变当前构建可描述所有性质力的宇宙大统一模型的方向。 正因为如此,观测中收集到的数据将富有挑战性,由于许多量子结构尺度都很小,根据当前地球上实验室条件还无法探测,因此基于空间的实验室显得较为必要。 科学家迄今探测到的来自伽马射线的光子并没有发现存在 极性翻转 的现象 ,如果 正反粒子极性发现存在转换现在 ,那么暗示了宇宙中缺少对称性。研究人员Kenji Toma和他的研究小组此前对三个伽马射线暴进行了更为精确的探测,但是他们并没有发现光子存在 极性的改变。 这项研究成果可能影响大统一理论的形成,相关研究过程将发表在即将出版的《物理评论快报》上。宇宙中发生的伽马射线暴持续时间可从几秒到几分钟,形成的高能光子流可在宇宙中旅行数十亿年之久,但是它并不能穿透地球的大气层。强大的伽马射线暴在短短数秒内释放的能量相当于太阳这样的恒星一生中续集的能力, 该进程可在中子星或者黑洞形成过程中发生 ,这也是恒星死亡的两个可能归宿。另外,中子星碰撞事件也会产生能量释放,可将粒子加速至光速。“IKAROS”太阳帆飞船在2010年5月发射升空,是第一个采用太阳帆动力的探测器。
个人分类: 博览视界|1245 次阅读|0 个评论
射线能量和强度
yunyue 2012-10-23 20:24
把射线束比作一支部队,粒子就是一个士兵。 则射线的能量好比士兵的体质,如兵强马壮一语;射线的强度好比士兵的数量,如不计其数,黑压压一片哈。 而射线束在介质中穿行,好比部队冲锋陷阵,损兵折将,那是射线强度减弱了;士兵精疲力竭,那是射线能量减小了。 同时,也可从另一方面理解,X线是电磁波,具有波粒二象性,强度体现的粒子性,能量体现的波动性。
个人分类: 放射物理学学习笔记|7191 次阅读|0 个评论
氢气对伽玛射线诱导的睾丸损伤具有保护作用
热度 2 孙学军 2012-9-29 10:01
人体持续暴露在辐射环境中,而且在一些特殊的作业环境和医疗手段中可能暴露于更高辐射剂量。辐射损伤不仅可以因为高剂量的急性损伤,也可以发生由于低剂量条件的慢性辐射损伤。人体对辐射的敏感性主要和组织细胞的更新速度有关系,因此造血、上皮和生殖细胞最容易受到辐射的影响。辐射损伤的机制比较复杂,但辐射引起的自由基增加导致的氧化损伤一直是确定的重要病理生理过程。 氢气抗氧化研究的发现引起抗辐射损伤研究领域的关注,有许多采用氢气抗辐射损伤的研究论文已经发表,美国航天局也对这一研究十分关注,并开展了一系列研究。最近来自中国哈尔滨医科大学第二附属医院的一项研究表明,氢气对辐射诱导的睾丸损伤具有保护作用。论文发表在 Basic Clin Pharmacol Toxicol. 2012 Sep 23. doi: 10.1111/bcpt.12016. 。 该研究中使用了一种抗辐射的“标准”药物 WR-2721 作为有效治疗对照,检测的指标包括,睾丸大小、质量、精子数量、运动能力和凋亡指数等,氢气和 WR-2721 对上述指标均产生明显的改善作用,同时可减少 MDA 水平和增加 SOD 活性。研究结果说明氢气对辐射引起的睾丸损伤具有保护作用。从摘要中没有看到和阳性对照之间的比较。 Protection by Hydrogen against Gamma Ray-Induced Testicular Damage in Rats. Jiang Z, Xu B, Yang M, Li Z, Zhang Y, Jiang D. Department of Pediatric Surgery, Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University, Harbin, China. Abstract The aim of this study was to investigate the possible protective role of hydrogen-rich saline solution (HRSS) and WR-2721 on the testicular damage induced by irradiation. Sprague-Dawley rats were randomly divided into four groups. Group I served as control group. Rats in group II were exposed to the irradiation. The animals in group III and IV were injected intraperitoneally with HRSS (5ml/Kg) and WR-2721 (200mg/kg), respectively, 15 min. before the start of gamma irradiation. Testis weight, testis dimensions, sperm count, sperm motility, apoptosis index and biochemical assays were assessed after a 4-day initiation of irradiation. Testis weight, testis dimensions, sperm count, sperm motility in group II were significantly lower compared with those in the control group, whereas they were higher in the HRSS and WR-2721 group. Apoptosis index was significantly increased in group II. Treatment of rats with HRSS and WR-2721 significantly reduced the apoptosis index. On the other hand, irradiation markedly decreased activities of SOD. Activities of SOD were significantly improved when treated with HRSS and WR-2721. Significant increase in the MDA level was observed in group II. MDA levels of group III and IV were significantly lowered when compared with group II. HRSS also played a significant role in the recovery of serum testosterone levels. The results from this experimental study suggest that hydrogen has a possible protective effect against radiation-induced testicular damage.
个人分类: 氢气生理盐水|4029 次阅读|5 个评论
[转载]细菌自我防御新机制:可抵御抗生素[转]
zwbyt 2012-9-25 16:19
来源:中国科学网 日期: 2012年09月25日 近日,丹麦和英国的研究人员通过X射线分析了大肠杆菌中RelB2E2这个毒素—反毒素复合体的晶体结构,发现了细菌控制细胞内毒素的自我防御新机制。 这种新机制是:致病细菌产出毒素导致持留细胞产生,进一步进入冬眠状态。在冬眠期,细菌会持续调控毒素的含量,以维持冬眠状态,抵御抗生素。 浙江大学林辉: 丹麦和英国研究者这项研究主要是为了揭示一种能够诱导细菌发生程序性细胞死亡的系统的发生机制。细胞程序性死亡或称细胞凋亡是指细胞遵循自身基因有序调控的主动自杀过程。越来越多的研究发现,除了多细胞真核生物,低等的单细胞原核生物在不良条件下,也会主动地进行生长抑制甚至死亡,以维持整个菌群家族的生存。可以这么说,在这些常常有着数以万计个成员的细菌家族里,在受到外敌入侵或者食物资源不足的情况下,家族就会自发启动死亡程序牺牲大部分成员以达到让血统得以延续的目的。 在正常条件下,毒素与抗毒素系统(TA)在细菌体内维持着一种动态平衡,不会对细菌产生任何威胁作用。但是,TA系统可以说是一颗定时炸弹,稳定的毒素是弹药,而定时器就是不稳定的抗毒素,一旦毒素与抗毒素之间的动态平衡被打破,炸弹就会爆炸。该项研究报道中的RelBE系统在细菌中属于II型TA系统,其中共表达基因中的relB基因和relE基因分别编码RelB抗毒素蛋白和RelE毒素蛋白。RelE毒素蛋白能对细菌产生杀害作用,RelB蛋白可以作为解药。有趣的是,在这种TA系统中,relBE 共表达基因受到RelB:RelE比例的调控,但事实上,只有RelB蛋白含有DNA结合域。此外,单纯的RelB蛋白对基因的结合能力很弱,加入RelE使RelB:RelE的比例大于2:1可以急剧提高RelB蛋白对基因的结合能力。但当RelE浓度太高时,RelB蛋白的DNA结合能力又会减弱甚至丧失。 那么,到底要多少RelE蛋白才能让RelB从DNA上释放下来呢?RelE和RelB到底如何调控这种基因转录的进行呢?这两个问题的解决便是这项研究的主要目的。该项目研究最终告诉了我们RelE与RelB的DNA结合域的空间排列,为RelBE TA系统的条件性协同现象提供了结构及机制基础。 很多不同作用类型的抗生素以及一些剧烈的外界刺激可以引发TA介导的程序性死亡导致细菌大量死亡。如能知道TA系统的具体作用方式,可以以TA系统作为抗生素的作用靶点来设计直接作用于染色体上自杀模块的新型抗生素。 目前所用抗生素的耐药性问题日趋严重,这项研究结果将是新型药物研究的重要理论基础
个人分类: 细菌群体感应|1701 次阅读|0 个评论
[转载]星系泡影 X射线望远镜观测到爆炸恒星放射超级气泡(图)
crossludo 2012-9-6 10:55
X射线望远镜观测到爆炸恒星放射超级气泡(图) 大麦哲伦云N44星云里爆炸恒星释放出来的超级气泡。这张图片来自于钱德拉X射线太空望远镜的观测,并结合了其他波长观测收集到的数据。图片发布于2011年8月。 北京时间9月6日消息美国太空网报道,近日钱德拉太空望远镜拍摄到的最新照片显示了在附近白矮星系里爆炸恒星放射出来的气腔,也是就是俗称的超级气泡。图片显示在银河系 距离地球16万光年远的大麦哲伦云里存在一个超级气泡 。 钱德拉X射线观测显示出蓝色光代表炙热区域。图片中的红光来自于美国宇航局斯皮策太空望远镜,后者利用红外光观测包含尘埃和较低温度气体的区域。同时,黄色显示的可见光来自于位于智利的马克斯- 普朗克-ESO 2.2米望远镜的观测结果,后者观测到炙热的年轻恒星的紫外线辐射。 这种复合图片结合了所有波长的可见光,能够帮助天文学家更全面的理解这片动态区域。很多明亮的恒星属于位于大麦哲伦云N44星云的星团NGC 1929。 超级气泡形成于大质量恒星到达生命尽头阶段,后者会以强烈爆发的形式爆炸,也就是俗称的超新星,并向太空释放出冲击波。这些冲击波和大风推动气体向外并在太空中形成巨大的空穴。 然而关于超级气泡形成的很多细节仍是个谜。有的超级气泡,包括N44中的这个,释放出比当今理论预测的更多的X射线光。最新的照片能够帮助天文学家区别出该区域不同的X射线释放源,并与他们所观察到的光进行对应 相关新闻: · NASA拟于6月13日发射高能X射线望远镜探寻黑洞 · 美将发射新型高能X射线望远镜
个人分类: 预测科学|1930 次阅读|2 个评论
[转载]PBS记录片:伽马射线爆发 (CNTV)
热度 1 yshimp 2012-6-30 06:22
http://jishi.cntv.cn/jiamashexianbaofa/classpage/video/20120119/101418.shtml
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X射线衍射发现的那些事(X射线衍射发现100周年)
热度 18 adzhao 2012-6-9 00:26
X射线衍射发现的那些事(X射线衍射发现100周年)
(翻译改编自P.P. Ewald编写的《X-ray衍射发现50周年》:http://www.iucr.org/publ/50yearsofxraydiffraction) 其实就是劳埃( Laue )那些事。劳埃比我整整大一个世纪,是 1879 年 10 月生德国人。 劳埃早年( 1899 年)在德国三个大学学习数学、物理、化学,后来普朗克 1900 年搞出了量子理论,劳埃就跑到柏林去,当了普朗克( Plank )的学生, 1903 年在柏林拿了博士学位。劳埃后来又在德国跑了几个不同的地方,也曾回普朗克那里呆过,但最终 (可能) 由于个人原因他还是回到了慕尼黑。 1909 年秋天加入索墨菲( Sommerfeld )在慕尼黑的研究组。索墨菲当时已经是有名的大科学家,在编一本名为《数学科学百科全书》的大部头,邀请了一批豪华阵容的物理学家,什么洛仑兹啊,玻尔兹曼啊,范德华啊帮着写。劳埃也参与了其中,编写波与光学的部分。 劳埃也终于在慕尼黑结束了近 30 年的光棍生涯,娶了一位老爸是巴伐利亚警官的美丽非凡的十分迷人的巴伐利亚女孩(此事不是据说,确实如此)。 1912 年 1 月的时候,索墨菲组里的研究生,意沃德( Ewald )正在撰写他的博士论文,这家伙是研究晶体光学理论的,他发现他的研究结果与传统理论存在激烈的背离。意沃德知道劳埃混得地方多,也的确对物理学很多方面都精通,因此意沃德期望与劳埃讨论讨论他的博士论文。 劳埃与意沃德第二天就见面并讨论了意沃德的研究结果,然而,另意沃德吃惊的是劳埃居然对意沃德的工作完全不懂。 意沃德对自己的工作一番详细介绍后,劳埃突然问: “ 如果极短波长的波穿过晶体,你觉得有可能发生什么现象? ” 意沃德打开他的论文,翻到第六段公式 7 ,说: “ 这个公式显示了结果,没有作任何近似或忽略,只需要讨论下这个公式在短波长下的情况。然而我必须几天内递交论文准备答辩。非常欢迎您来讨论这个公式。 ” 意沃德 2 月 16 日递交了论文, 3 月 5 日答辩,在他的论文中提出了 ” 倒易晶格 ” ( reciprocal lattice )的概念。不过意沃德忙得晕头转向,跟劳埃讨论过后他就把劳埃对短波长光特别感兴趣这事给忘了,直到他后来得知劳埃的 X 射线衍射实验结果。 但是劳埃没忘。 被索墨菲逮住编写大百科全书光与波部分的经验告诉劳埃:如果波长与原子间距可比,将会发生衍射,就像光栅一样。但与光栅不同,晶体中的原子是三维的。的确,三维光栅这种概念并没有人想到,在当时甚至可以说是疯狂的想法,但劳埃的直觉告诉他那一定可以。 随后一年一度的复活节 Easter 到来,这帮子物理学家有个传统,就是在复活节聚到阿尔卑斯山去滑雪。这时候劳埃和索墨菲等一帮子物理学家交流了这个想法。然而,索墨菲听了劳埃的想法后十分反对(理论物理学家的实验直觉啊),认为那不可能实现。原子的热运动会达到 0.7 埃,超过当时人们所以为的 X 射线的波长( 0.4-0.6 埃)。索墨菲是如此认为劳埃真心不靠谱,甚至强烈反对让他刚雇佣的实验助理 Friedrich 为劳埃的实验工作。 劳埃作为理论组的实验青椒真是苦逼啊。 不过劳埃觉得,这实验并不难做,至少该 try 一 try 吧。 Rontgen(伦琴,X-ray发明人) 研究所的 Knipping (倪平)刚刚完成了论文,知道这事后, 为了减少 Friedrich 为劳埃工作的时间(以保证足够的为索墨菲打工的时间), 志愿加入到劳埃的实验中来 。 第一次实验,屏幕放在样品前,结果 negative 。第二次,屏幕放到样品后,衍射斑图就出现了。 劳埃当时正在咖啡店喝咖啡,得知这一结果后立即赶回研究所,说服自己他的 “ 直觉 ” 成功了。回家的路上,他边走边想,突然意识到了只要将原有的光栅公式同事应用到在三个方向上,就可以得到晶体中的三维结构的衍射理论。在他的回忆录中写道: “ 那对我是具有决定性意义的一天。 ” 伦琴是最早知道实验结果和看到实验装置的大科学家。他对实验中得到的照片惊叹不已,但却依然对衍射的解释却并不认同。两位实验学家又当着他的面折腾了几个不同的实验,伦琴勉强认同了照片上的斑图的确来自于晶体而非其他原因,但他依然不认同那是衍射造成的。 1912 年 6 月 8 日,索墨菲作为巴伐利亚科学院院士代表劳埃三人在巴伐利亚科学院会议上通报了他们的研究结果,伦琴也在场,他终于接受这一成果并强调了其重要性。 同一天,在柏林举行的柏林物理协会会议上,劳埃自己也向他原来在柏林的研究组里的物理学家们报告了他的研究成果。 后面的事,就剩下两年后 1914 年 劳埃因 X 射线衍射的发现荣获诺贝尔物理学奖了。
个人分类: 科海拾贝|11986 次阅读|29 个评论
电磁波射线理论的简单小结
williammilo 2010-2-6 21:06
我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站! 本文永久链接 http://xiongbox.com/电磁波射线理论/ 1.电磁波射线理论研究电磁波在 渐变媒质中传播 ,在 媒质圆滑界面上反射、折射和绕射 ,以及在 刃口上绕射的渐近理论,亦称几何理论 。它的基本概念是把 平面波的传播、反射、折射和绕射的特性 作 适当的修正 ,而应用于更一般的情形,也就是把 波长趋近于零时场方程解的极限 加以适当的修正,而应用于 媒质参量变动的尺度或界面和刃的曲率半径相当大于波长的情形 。 2.波束遇到圆滑的媒质界面会发生反射和折射。如界面下凹,反射点可能不是惟一的。在 反射点、折射点和刃口上的绕射点,反射波、折射波和绕射波波面的主曲率半径和主方向 ,都可以根据 相位匹配原理 ,由投射波波面和界面的主曲率半径和主方向求得。这个原理是:反射、折射或绕射点与其邻点在投射波中的相位差,应与在反射、折射或绕射波中的相位差相同。圆滑导体表面上的爬行波在离开导体表面时,其波面的主曲率半径由相邻射线各自形成短程线的原则来确定。绕射波束是楔形波束,楔刃是包含绕射点的弧线,它是一条焦散线。 3.在渐变媒质中,随着射线的弯曲,场的极化也逐点改变。但射线上 任何二邻点的电场或磁场矢量总是分别与该处的射线切线共平面 。在均匀媒质中,在 反射点、折射点或圆滑表面上的绕射点处的界面法线与投射线所张的平面 称为投射面。应把 投射波分解为电场或磁场分别垂直于投射面的二部分 ,分别称为 电极化波和磁极化波 。在 刃口上绕射 时,根据 投射线与绕射点上刃口切线所张的平面来分解 。 4.射线的反射系数和折射系数按切平面上的 反射和折射 来考虑;刃口上的绕射系数按切向 直刃上的绕射 来考虑;圆滑表面上的绕射则按圆柱上的绕射来考虑。都需先分解为 两种极化 分别处理。用射线理论研究 大尺度渐变媒质或小曲率的界面对电磁波的作用比较有效 。但当媒质参量改变的尺度或界面的 曲率半径不大 时,这种理论并不准确。此外,射线理论在声学中也得到推广应用,如对金属的 超声探伤 等。
个人分类: 电子信息工程与计算机科学|3205 次阅读|0 个评论
地震学基本知识学习(一):射线理论
陈小斌 2008-12-14 00:33
【虽然同为地球物理测深手段,电磁法的不懂地震学,地震法的不懂电磁学是普遍现象。但是大家经常需要在一起讨论,相互之间却很难提出有价值的问题。为了能对地震学有个基本的了解,最近学习地震学的一些基本理论。 本人主要研究电磁测深,但也做过地球动力学粘弹性体三维数值模拟,有一定的力学基础,学起地震学感觉并不是非常的困难。但一些概念,一时半会还难以吃透。】 一、射线追踪的基本理论 尽管波动方程是一切弹性波问题的理论基础,但从处理过程上看,射线理论似乎与波动方程毫无关系,其基础是斯涅尔定理,主要研究波在各种分界面上的反射与折射。由于不考虑波的物理衰减问题,其数学处理过程较之于有耗媒质的电磁波要简单,但在物理概念上并不简单。 射线参数是个很有意思的概念。如果地球是各向同性的、横向均匀的,只有深度方向速度结构有所变化,则射线参数是个常数。由于射线参数是水平慢度,因此,如介质的速度特性发生变化,则入射角会发生相应的改变,以维持射线参数的恒定。 走时T、震距X、时差 都是射线参数p的函数。在强速度梯度带,走时T 可能出现3次往返现象,因此是射线参数p的多值函数;震距X是p的单值函数,但不是单调函数,即气逆函数是多值的;时差 t 由走时和震距组合而成: (p)=T(p)-pX(p) 这是一个很简单但很巧妙的变换。 (p)不仅是单值函数,而且是单调函数,其导数为震距X的负数。在数学处理上, (p)也显得比T(p)和X(p)更为简单。 如果速度随深度的增加而减少,则地表接收会出现影区,即在地表可能接收不到低速区折返的射线。一些波可能被低速区捕获,产生波导。 为了利用水平层的射线追踪理论处理球形地球问题,可以通过以下展平变换,将球形问题转换为平面问题: Exp(-Z f /a)=r/a Z f 是变换后水平模型下的速度,r是离地球球心的距离,a是地球半径,r=a-z s , z s 是相对于地球球面的深度。 通过这个变换,球形模型中的速度在水平模型下变换为: v f (z f )=(a/r)v s (r) 二、震相的命名 Pg、 Sg:地壳中向上返回地面的P波、S波; PmP、SmS:莫霍面回返或反射的P波、S波; Pn、Sn:莫霍面以下、地幔最顶部传播的P波、S波; SmP:入射到莫霍面的S波转换为P波回返或反射到地面。 全球震相:利用以下缩写的组合表示震源到接收点射线的连续线段,如PKiKP表示震源发出的P波射线经过地幔、外核,在内核边界上发生反射后。又穿过外核、地幔返回到地表的一束射线。 P:地幔中的P波; K:外核中的P波; I:内核中的P波; S:地幔中的S波; J:内核中的S波; c:在核幔边界(CMB)的反射波; i:在内核边界(ICB)的反射波; 主要参考书:《地震学引论》 Peter M. Shear著, 陈章立译,赵翠萍、王勤彩、华卫校。
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