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方寸中辐射世界演进

前言

邮票是国家名片,只有国家菁英或世纪传人才能登上本国或多国邮票。原子科学家在这浩瀚邮海中凤毛麟角,在这领域发现、发明带给人类福音,在看不到背后有许多故事可以让后起之辈学习。在19世纪以前,一封信要像收件人收费,造成许多不便与弊端,英国罗兰.希尔(Rowland Hill)提出预付邮资构想,建议邮政当局印制一种代表邮资已付标签,由寄信人贴用信封上。英国1840年发行世界上最早黑便士邮票后,我国1878年发行第一套大龙邮票,全世界发行邮票的国家与地区已超过二百个。也顺道预告介绍2016102126日台北办理台湾第一次世界邮展之际,与大家分享方寸中辐射世界邮品介绍。

关键词: 邮票 原子科学 辐射世界


 

材料与方法

专题集邮区别于传统的集邮方法 ,不受邮票国别、发行年代、发行目的以及全套邮票枚数的限制,而是按照邮票的种类或图案去收集、整理、归类的。如有的人专集花卉邮票,有人专集桥梁邮票,有人专集人物邮票,有人则专集中外文学家、音乐家、发明家的邮票等,这些多是专题集邮。 专题集邮没有固定的模式,由集邮者根据自己的爱好和意愿去收集、编排,如"医学史 "、“世界遗产”等,都是专题集邮者所爱好的杰作。要想使专题集邮具有艺术性、知识性,就得多阅读相关内容。在230多国家或地区中发行票品中,科学领域内容不太多,挑选与放射相关邮品更旷日废时工作,从本身收藏千枚票品中,掏选出来介绍。

X光发现前言

里切利Evangelista Torricelli (1608-1647))的首要发明是水银气压计,真空管使用,经由伦琴改良,发展出X光设备。

 

迈克尔•法拉第(Michael Faraday)发光二极管到感应圈与变压器设备是重大科学发现,经由伦琴(Wilhelm K. Röntgen)改良,发展出X光设备。

  

亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz1821-1894)概述X光线经由不透明材质性质和特性。

  

门得列夫(Dmitri Mendeleev)19世纪俄国科学家,发现化学元素的周期性,依照原子量,制作出世界上第一张元素周期表,并据以预见了一些尚未发现的元素。

 

 

   

加斯东.普兰特(Gaston Planté ) 1859年,他发明了所谓的“铅酸蓄电池” (Lead-acid Battery)蓄电设备是重大科学发现,经由伦琴改良,发展出X光设备。

 

X光的发现

 

    伦琴(Wilhelm Konrad Röntgen)(18451923) 1845年伦琴出生在德国的卢内堡一个中产阶级的家庭,父亲在莱茵河畔的利纳普开了一家衣料厂。因为伦琴的外婆是意大利后裔,住在荷兰,因此伦琴曾在那里接受启蒙教育。后来伦琴又到瑞士的苏黎世接受高等教育,他在苏黎世的一所工业学校获得了机械设计学位,但是,后来他的兴趣转到对科学的研究上,于是他开始阅读这一方面的书籍,并且在物理及数学上下了很大的的功夫,皇天终不负苦心人,终于以

「气体研究」的论文获得苏黎世大学的博士学位。阴极射线管所发出的光十分微弱,又用黑纸包着,纸屏怎么可能会发光呢?何况纸屏和电极管的距离还超过一公尺以上呢!于是他再用更厚的黑布将电极管盖起来,依旧无法停止纸屏发光;他又尝试着在电极管和纸屏中间加隔厚纸板、书籍,或其他障碍物,荧光还是存在,把纸屏反转过来,使涂有铂氰酸钡的那一面背着电极管,但是荧光仍然不灭。真正历史性的一刻是当伦琴把手伸到电极管和纸屏之间时,他大吃一惊,纸屏上竟然出现手骨的影像!伦琴欣喜若狂,他知道他发现一种穿透性极强的射线,而且经过他不断地实验,发现不论什么东西都挡不住这种奇妙的射线,只有铅才文件的住;而且它不同于一般光线,三棱镜并不能使它折射、也不受磁场作用产生偏移。189512月,伦琴将他的发现在维尔兹堡大学医学物理学会会刊上正式发表,并附上他妻子的手骨X光照片。X射线几乎是立刻成为科学界最热门的话题,各大报刊也用显著的篇幅来报导,伦琴有关X光的论文马上被欧美科学界不断重印研究,而且许多科学家立刻投入接续的研究,光是1896年一年之中,科学界研究X光的论文竟然高达一千多篇,传播速度之快、反应之强烈,真是前所未有。伦琴一生有五十八篇科学著作,其中仅仅只有三篇是有关于X光的,然而就是在这三篇论文里,他却完成了许多的X光理论的基础工作,指出了一些重要观念和关键性的问题,以致日后的二十多年里,没有何一位物理学家能够再在其上加添任何东西。

  

天然放射性物质的发现

    有名的阿尔法射线(α)、贝塔射线(β)、加玛射线(γ),就是在那段时 发现的。居里夫妇的带头作用,不但为 往后的物理放射线、医学、化学研究带 来冲激作用,当然也为居里夫人取得物 理学博士的荣衔。1903年冬,刚设立三 年的诺贝尔奖宣布把物理学奖颁赠给居 里夫妇及贝蒙三人。18987月, 他们发现了一种新元素, 以居里夫人的祖国波兰命名为钋(Polonium), 钋的放射性是同品质 的铀的几百倍。9月, 他们又在沥青铀 矿中发现了一种新元素, 放射性是铀 100万倍以上,命名为镭(Radium 即辐射素之意)。1903 年, 他们夫妇与贝克耳分享诺贝尔 物理奖。居里夫人是第 一个获得诺贝尔奖的女科学家。两次获得诺贝尔奖居里夫人虽然从此开始独立研究,但是成就却越来越高。一九一一年冬季,她收到一封瑞典斯德斯 哥尔摩的电报,通知她获得当年诺贝尔化学奖。


 

 

人造放射性发现

   弗雷德里克•约理奥一居礼(19001958)是法国核物理学家,妻伊伦•约理奥一居礼(1897 1956)是居里夫妇的女儿,夫妇俩采取双姓合一的方式来纪念“居礼”这一伟大姓氏.1932年,他们在云室实验中取得第一张同时产生 的正负电子对的照片.在1934年,他们用钋产生的α粒子轰击铝,产生出中子和正电子,生成放射性磷,首次获得人工放射性物质,并因此获得了1935年诺贝尔化学奖.用同样的方法还制成了多种其他放射性物质,并发 现了放射性同位素在医学和生物学上的广泛用途.约里奥一居里夫妇还与中子的发现息息相关。

 

 


 

X光诊断设备

    X光管(18951912)这是X射线设备的早期阶段。当时X射线机的结构非常简单,使用效率很低的含气式冷阴极离子X射线管,笨重的感应线圈发生高压,裸露式的高压机件,缺乏精确的控制装置。X射线机装置容量小、效率低、穿透力弱、影像清晰度不高、缺乏任何防护数据数据记载,当时拍摄一张X射线骨盆像,需长达4060min的曝光时间,照片拍成之后,受检者的皮肤却被X射线烧伤。随着电磁学、高真空技术及其他学科的发展,1910年美国物理学家WDCoolidge发表了钨灯丝X射线管制造成功的报告。1913年开始实际使用,它的最大特点是钨灯丝加热到白炽状态以提供管电流所需的电子,所以调节灯丝的加热温度就可以控制管电流,从而使管电压和管电流可以分别独立调节,而这正是提高影像质量所需要的。1913年滤线栅(Grid)的发明,部分地消除了散射线,提高了影像的质量。1914年制成了钨酸镉荧光屏(Screen),开始了X射线透视的应用。1923年发明了双焦点X射线管,解决了X射线摄影的需要。X射线管的功率可达几千瓦,矩形焦点的边长仅为几毫米,X射线影像质量大大提高。造影剂的逐渐应用,使X射线的诊断范围也不断扩大。可以拍摄骨骼影像的简单工具,却已成为对人体组织器官中那些自然对比差(X射线吸收差小)的胃肠道、支气管、血管、肾、膀胱等也能检查的重要的医学诊断设施。同时,X射线在治疗方面也开始得到应用。

X(RadiographyX射线的波长范围在10-2~10-8 m之间,肉眼是无法看到,对物体很强的穿透力,人体构造中密度较高的部分,如骨骼,吸收较多的X光,感光底片上留下阴影,组织密度的不同,会在感光底片上留下深浅不一的阴影。在1920年代医界便开始使用显影剂,将硫酸钡剂应用于胃肠道系统,操作简单影像清楚易懂,广泛使用于大肠疾病的诊断。口服硫酸钡剂应用在肠胃道之X光检查已有很长的历史。因为硫酸钡不被肠胃吸收,刺激性小,密度高,对比性佳,肠胃粘膜被覆性良好,是检查肠胃最好的显影剂。因为一般X光摄影无法区分消化道组织,而钡剂会附着在消化道的黏膜上,使影像呈现白色,配合导入空气,使影像呈现黑色,藉由黑与白的对比,可照出双重对比影像。

 

 

临床影像学检查中,如泌尿道摄影、血管摄影、计算机断层检查,碘剂是被利用做为组织对比,以提升X光影像诊断性的显影剂,由于碘剂在人体中经过肝脏代谢时与蛋白质结合而产生毒性。于是发展出单纯由肾脏排泄、毒性更低、对人体伤害更少的水溶性含碘显影剂。借着经由静脉注射的水溶性含碘显影剂,透过全身血液循环到达检查的组织,而组织的血管分布状态与组织对显影剂吸收与代谢的状态,经由影像的呈现达到诊断的目的,最终显影剂会被肾脏的肾丝球过滤经由尿液而排出体外。

 

含碘显影剂主要结构可分为离子性和非离子性两大类,1970年代,新一代的非离子显影剂发展,提高了安全性,现在常用的显影剂多属于此类。1981年磁振造影显影剂 Gd-DTPA (gadolinium-diethylenetriaminepentaacetate) 被合成出来,为第一个顺磁显影剂,由于钆 (Gd3+) 式镧系重金属元素本身具有毒性,所以必须与 DTPA 做结合,DTPA 为一很稳定化合物,可以确保钆 (Gd3+) 在人体内不会释放出来造成危害。总体而言,接受显影剂注射检查是安全的,少部分的患者会出现相关的副作用,其中大部分都是轻中度的并发症,给予适当治疗就会恢复正常,万分之一就可能有威胁生命因素存在。

 

计算机断层扫描是一种结合X光与计算机科技的诊断工具,利用计算机将数据组合成身体横切面的影像,这些横切面的影像可再进一步重组成精细的3D立体影像。计算机断层摄影对于头部、胸部、腹部与脊椎的问题是很好的工具,许多部位的肿瘤,例如:肺、肝、胰脏肿瘤能够藉由这个检查来确定位置及测量大小,对周围组织的侵犯程度亦能提供重要的讯息。利用在创伤的病人身上,计算机断层可以快速诊断出大脑、肝脏、脾脏、肾脏或其他体内器官的伤害情形。

计算机断层扫描虽然可将人体器官一层层扫描进计算机来观察,但因为计算机断层扫描也是用X光来成像的,所以所有计算机断层扫描影像都是灰阶的黑白影像。如果由静脉注射含碘显影剂,血管、肾脏、肝脏等构造会被强化变得比较白,比较容易辨认。而且大多数病灶,注射显影剂后也会较清楚,因此注射显影剂成为计算机断层扫描检查的重要步骤。

      

 

2003年诺贝尔生医奖:MRI的发明

美国化学教授罗特博(Paul C. Lauterbur)和英国物理教授曼斯菲德(Peter Mansfield),诺贝尔生医奖。

 


參考文獻:

 

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8. 世界医学邮票大观 中国医药科技出版社 崔以泰 1999-06


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