諾貝爾獎是以瑞典著名的化學(xué)家 阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾的部分遺產(chǎn)（3100萬瑞典克朗）作為基金在1900年創(chuàng)立的。該獎項授予世界上在物理、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)、文學(xué)、和平和經(jīng)濟(jì)學(xué)六個領(lǐng)域?qū)θ祟愖龀鲋卮筘暙I(xiàn)的人，于1901年首次頒發(fā)，截止2016年共授予了881位個人和23個團(tuán)體。今天我們將盤點(diǎn)一下那些與新型儀器設(shè)備誕生密不可分的諾貝爾獎。

    01 1901年諾貝爾物理學(xué)獎 -X射線的發(fā)現(xiàn)

    x射線是由于原子中的電子在能量相差懸殊的兩個能級之間的躍遷而產(chǎn)生的粒子流，是波長介于紫外線和γ射線之間的電磁波。一般來說，X射線是由德國物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)，所以又稱倫琴射線。實際上最早發(fā)現(xiàn)X射線是特斯拉，先于倫琴證實了他的發(fā)現(xiàn)，但在他的發(fā)現(xiàn)眾所周知之前，他的大部分研究資料在1895年3月第五大道一次實驗室大火中燒毀了。

    x射線的發(fā)現(xiàn)純屬是一個偶然的機(jī)會，1895年11月8日傍晚，倫琴在實驗室研究陰極射線，實驗完成切斷電源后，卻意外地發(fā)現(xiàn)一米以外的一個小工作臺上有閃光，而且可以穿透肌肉照出手骨輪廓，于是他請夫人把手放在用黑紙包嚴(yán)的照相底片上，然后用X射線對準(zhǔn)照射15分鐘，顯影后底片上清晰地呈現(xiàn)出夫人的手骨像，手指上的結(jié)婚戒指也很清楚。人類歷史上第一張X光片就此誕生。

    經(jīng)過多次實驗之后，1895年12月28日倫琴向德國維爾茲堡物理和醫(yī)學(xué)學(xué)會遞交了第一篇研究通訊《一種新射線——初步報告》。倫琴在他的通訊中把這一新射線稱為X射線（數(shù)學(xué)上經(jīng)常使用的未知數(shù)符號X），因為他當(dāng)時無法確定這一新射線的本質(zhì)。倫琴的這一發(fā)現(xiàn)立即引起了強(qiáng)烈的反響：1896年1月4日柏林物理學(xué)會成立50周年紀(jì)念展覽會上展出了X射線照片；1月5日維也納《新聞報》搶先作了報道；1月6日倫敦《每日紀(jì)事》向全世界發(fā)布消息，宣告發(fā)現(xiàn)X射線。這些宣傳，轟動了當(dāng)時國際學(xué)術(shù)界，倫琴的論文在3個月之內(nèi)就印刷了5次，立即被譯成英、法、意、俄等國文字。此后，倫琴發(fā)表了《論一種新型的射線》、《關(guān)于X射線的進(jìn)一步觀察》等一系列研究論文。1901年諾貝爾獎第一次頒發(fā)，倫琴就由于發(fā)現(xiàn)X射線而獲得了物理學(xué)獎。

    倫琴發(fā)現(xiàn)X射線使X射線研究迅速升溫。幾個星期之后，醫(yī)生開始應(yīng)用X射線準(zhǔn)確地顯示人體骨骼，這是物理學(xué)的新發(fā)現(xiàn)在醫(yī)學(xué)中最迅速的應(yīng)用。隨后，歐洲不少醫(yī)院創(chuàng)立了用X射線檢查食道、腸道和胃的方法，受檢查者吞服一種造影劑（如硫酸鋇），再經(jīng)X射線照射，便可顯示出病變部位的情景。時至今日，X射線診斷儀一直作為醫(yī)院中最重要的診斷儀器。

   x射線的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一，這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的產(chǎn)生，為諸多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種行之有效的研究手段。X射線的發(fā)現(xiàn)和研究，對20世紀(jì)以來的物理學(xué)以至整個科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大而深遠(yuǎn)的影響。

    02 1915年諾貝爾物理學(xué)獎 -X射線晶體結(jié)構(gòu)分析

    在倫琴發(fā)現(xiàn)X射線之后，X射線研究的熱潮席卷開來。當(dāng)時人們對于X射線究竟是微小的質(zhì)點(diǎn)束，還是像光一樣的波狀輻射，一直懸而未決。有一種鑒定方法就是看X射線能否借助含有一系列細(xì)線的衍射光柵而衍射。要想得到適當(dāng)?shù)难苌?，這些細(xì)線的間距必須大致與輻射線的波長大小相等，那時制作如此精細(xì)的人工衍射光柵是完全不可能的。

    德國物理學(xué)家馬克斯·勞厄想到，如果人工做不出這樣的光柵，自然界中的晶體也許能行。晶體是一種幾何形狀整齊的固體，而在固體平面之間有特定的角度，并且有特定的對稱性，這種規(guī)律是構(gòu)成晶體結(jié)構(gòu)的原子有次序地排列的結(jié)果，一層原子和另一層原子之間的距離大約是X射線波長的大小，因此他認(rèn)為晶體應(yīng)該可以使X射線發(fā)生衍射現(xiàn)象。但是勞厄的老板，物理學(xué)家阿諾德·索末菲認(rèn)為這一想法荒誕不經(jīng)，并勸說他不要在這上面浪費(fèi)時間。但是到了1912年，兩個名不見經(jīng)傳的學(xué)生證實了勞厄的預(yù)言：他們把一束Ｘ光射向硫化鋅晶體，在感光版上捕捉到了散射現(xiàn)象，感光版沖洗出來之后，他們發(fā)現(xiàn)了圓形排列的亮點(diǎn)和暗點(diǎn)衍射圖。通過這一現(xiàn)象，勞厄證明了Ｘ光具有波的性質(zhì)，《自然》雜志把這一發(fā)現(xiàn)稱為“我們時代最偉大、意義最深遠(yuǎn)的發(fā)現(xiàn)”。勞厄證明了X射線的波動性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性，成功發(fā)表了《X射線的干涉現(xiàn)象》一文。兩年后，也就是1914年，憑借證明了Ｘ光具有波的性質(zhì)，勞厄贏得了諾貝爾物理學(xué)獎。

    但是將這一發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于晶體結(jié)構(gòu)分析的卻另有其人。勞厄的文章發(fā)表不久，引起了英國布拉格父子的關(guān)注，當(dāng)時老布拉格，即亨利·布拉格已是利茲大學(xué)的物理學(xué)教授，而小布拉格，即勞倫斯·布拉格剛從劍橋大學(xué)畢業(yè)，在卡文迪許實驗室工作。他們經(jīng)過反復(fù)研究，成功地解釋了勞厄的實驗事實，以更簡潔的方式，清楚地解釋了X射線晶體衍射的形成，并提出著名的布拉格公式。這一結(jié)果不僅證明了小布拉格的解釋的正確性，更重要的是證明了能夠用X射線來獲取關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)的信息。1912年11月，小布位格以《晶體對短波長電磁波衍射》為題向劍橋哲學(xué)學(xué)會報告了上述研究結(jié)果，老布拉格于1913年1月設(shè)計出第一臺X射線光譜儀，并利用這臺儀器，發(fā)現(xiàn)了特征X射線。布拉格父子因在用X射線研究晶體結(jié)構(gòu)方面所作出的杰出貢獻(xiàn)分享了1915年的諾貝爾物理學(xué)獎，而小布拉格年僅25歲便獲得諾貝爾獎，使他成為歷史上最年輕的諾貝爾物理學(xué)獎獲獎?wù)摺?/span>

    x射線衍射儀已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)研究不可或缺的大型分析儀器，它可以精確測定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、織構(gòu)及應(yīng)力，精確的進(jìn)行物相分析、定性和定量分析，被廣泛應(yīng)用于冶金，石油，化工，科研，航空航天，教學(xué)，材料生產(chǎn)等領(lǐng)域。

    03  1922年諾貝爾化學(xué)獎-質(zhì)譜技術(shù)

    質(zhì)譜技術(shù)是一種與光譜并列的譜學(xué)方法，通常是指廣泛應(yīng)用于各個學(xué)科領(lǐng)域中通過制備、分離、檢測氣相離子來鑒定化合物的一種專門技術(shù)，該技術(shù)在一次分析中可提供豐富的結(jié)構(gòu)信息。作為一種測量離子質(zhì)量-電荷比的分析方法，其基本原理是使試樣中各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶電荷離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束進(jìn)入質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，再利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。

    早在19世紀(jì)末，E.Goldstein在低壓放電實驗中觀察到正電荷粒子，隨后W.Wein發(fā)現(xiàn)正電荷粒子束在磁場中會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這些實驗結(jié)果為質(zhì)譜技術(shù)的誕生提供了基礎(chǔ)。

    世界上第一臺質(zhì)譜儀是英國科學(xué)家弗朗西斯·阿斯頓于1919年制成的，當(dāng)時阿斯頓用這臺裝置發(fā)現(xiàn)了多種同位素，研究了53個非放射性元素，發(fā)現(xiàn)了天然存在的287種核素中的212種，并第一次用該技術(shù)證明了原子質(zhì)量虧損。由于阿斯頓在質(zhì)譜技術(shù)方面的突出成就，為此他被授予1922年諾貝爾化學(xué)獎。

    隨著質(zhì)譜技術(shù)的問世，各領(lǐng)域紛紛采用這種技術(shù)進(jìn)行分析，質(zhì)譜技術(shù)也得到了前所未有的發(fā)展。到20世紀(jì)20年代，質(zhì)譜逐漸成為一種分析手段，被化學(xué)家采用；從40年代開始，質(zhì)譜廣泛用于有機(jī)物質(zhì)分析；1966年，M.S.B. Munson和F.H. Field發(fā)明了化學(xué)電離源，質(zhì)譜第一次可以檢測熱不穩(wěn)定的生物分子；到了80年代左右，隨著快原子轟擊、電噴霧和基質(zhì)輔助激光解析等新“軟電離”技術(shù)的出現(xiàn)，質(zhì)譜能用于分析高極性、難揮發(fā)和熱不穩(wěn)定樣品，生物質(zhì)譜飛速發(fā)展，已成為現(xiàn)代科學(xué)前沿的熱點(diǎn)之一。

    04 1924年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎-心電圖機(jī)制

    心電圖技術(shù)是利用心電圖機(jī)從體表記錄心臟每一心動周期所產(chǎn)生的電活動變化圖形的技術(shù)。 心臟電活動按力學(xué)原理可歸結(jié)為一系列的瞬間心電綜合向量，其原理是：心肌細(xì)胞膜是半透膜，靜息狀態(tài)時，膜外排列一定數(shù)量帶正電荷的陽離子，膜內(nèi)排列相同數(shù)量帶負(fù)電荷的陰離子，膜外電位高于膜內(nèi)，稱為極化狀態(tài)。靜息狀態(tài)下，由于心臟各部位心肌細(xì)胞都處于極化狀態(tài)，沒有電位差，電流記錄儀描記的電位曲線平直，即為體表心電圖的等電位線。心肌細(xì)胞在受到一定強(qiáng)度的刺激時，細(xì)胞膜通透性發(fā)生改變，大量陽離子短時間內(nèi)涌入膜內(nèi)，使膜內(nèi)電位由負(fù)變正，這個過程稱為除極。對整體心臟來說，心肌細(xì)胞從心內(nèi)膜向心外膜順序除極過程中的電位變化，由電流記錄儀描記的電位曲線稱為除極波。細(xì)胞除極完成后，細(xì)胞膜又排出大量陽離子，使膜內(nèi)電位由正變負(fù)，恢復(fù)到原來的極化狀態(tài)，此過程由心外膜向心內(nèi)膜進(jìn)行，稱為復(fù)極。同樣心肌細(xì)胞復(fù)極過程中的電位變化，由電流記錄儀描記出稱為復(fù)極波。整個心肌細(xì)胞全部復(fù)極后，再次恢復(fù)極化狀態(tài)，各部位心肌細(xì)胞間沒有電位差，體表心電圖記錄到等電位線，心臟的整個過程周而往復(fù)，同時也被心電圖機(jī)完全記錄下來。

    心電圖技術(shù)萌芽到實際應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展。1791年，一個陽光明媚的日子里，意大利解剖學(xué)家路易吉？伽伐尼擺動著試驗臺上的青蛙。他忽然發(fā)現(xiàn)，切下來的蛙腿，碰到電火花會出現(xiàn)抽動；之后，他又發(fā)現(xiàn)，即使不直接接觸電源，只用金屬解剖刀，也能復(fù)制這種抽動。于是，他得出了結(jié)論：動物體內(nèi)存在肌肉電流。盡管這個說法是錯誤的，但是，生物學(xué)家們的興趣已被成功點(diǎn)燃。1832年，意大利生理學(xué)家們在進(jìn)行了一系列的有關(guān)蛙肌肉的實驗后，發(fā)現(xiàn)并不是肌肉存在電流，而是收縮的肌肉產(chǎn)生了電流，就這樣，科學(xué)家們向著人體內(nèi)最神秘的肌肉——心肌——進(jìn)發(fā)了。1887年，英國皇家學(xué)會瑪麗醫(yī)院舉行了一場具有劃時代意義的科學(xué)演示：該院生理學(xué)教授Waller在犬和人的心臟上應(yīng)用毛細(xì)管靜電計記錄心電圖。演示中，Waller當(dāng)場成功記錄了人類第一例心電圖。盡管以現(xiàn)代眼光看來，這一心電圖十分粗糙，連心房的P波都沒有，但是0到1的突破已經(jīng)完成了。十六年后，威廉-埃因托芬將鍍銀石英拉成弦線（直徑僅2.1μm，用放大鏡才能看到），懸浮在兩側(cè)的磁鐵間；當(dāng)體表心電有微弱變化時，弦線便出現(xiàn)擺動；通過裝置，將這種擺動放大近500倍后，他終于得到了清晰的心電圖，并且將各波命名為P、Q、R、S、T、U波，這些命名，沿用至今。又過了21年，即1924年，為表彰埃因托芬發(fā)明心電圖，他被授予了諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎。

   100 多年來，因為價格低廉、檢測準(zhǔn)確、不會對病人造成痛苦，心電圖一直是臨床最常用的檢測手段。時至今日，心電圖技術(shù)正在朝著更小、更智能的方向邁進(jìn)。

    05 1929年諾貝爾化學(xué)獎-超離心機(jī)

    離心技術(shù)是利用物體高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，使置于旋轉(zhuǎn)體中的懸浮顆粒發(fā)生沉降或漂浮，從而使某些顆粒達(dá)到濃縮或與其他顆粒分離之目的，這里的懸浮顆粒往往是指制成懸浮狀態(tài)的細(xì)胞、細(xì)胞器、病毒和生物大分子等。離心機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)懸浮顆粒密度大于周圍介質(zhì)密度時，顆粒離開軸心方向移動，發(fā)生沉降；如果顆粒密度低于周圍介質(zhì)的密度時，則顆粒朝向軸心方向移動而發(fā)生漂浮。常用的離心機(jī)有多種類型，一般低速離心機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不超過6000rpm，高速離心機(jī)在25000rpm以下，超速離心機(jī)的最高速度達(dá)60000rpm以上，離心力約為重力加速度的500000倍。按用途可分成制備性超速離心機(jī)和分析性超速離心機(jī)兩大類，兩者均裝有冷凍和真空系統(tǒng)。兩者的區(qū)別在于制備性超速離心機(jī)容量較大，主要用于分離制備線粒體、溶酶體和病毒等以及具有生物活性的核酸、酶等生物大分子。分析性超速離心機(jī)另裝有光學(xué)系統(tǒng)，可以監(jiān)測旋離過程中物質(zhì)的沉降行為并能拍攝成照片。

    超離心技術(shù)是由瑞典物理化學(xué)家斯維德伯格發(fā)明，并制造了第一臺超離心機(jī)。1926年，諾貝爾獎委員會由于他在布朗運(yùn)動領(lǐng)域的研究而授予他化學(xué)獎，在頒獎儀式上，斯維德伯格進(jìn)行演講時，一句也沒有提及布朗運(yùn)動研究，這不得不說是諾貝爾獎選錯了項目，斯維德伯格與他的超離心機(jī)才應(yīng)該獲得這項殊榮。

    超離心技術(shù)歷史悠久，但越陳越香。從1926年獲得諾貝爾獎開始，這一技術(shù)一直走在科技發(fā)展的最前沿，從DNA半保留復(fù)制的驗證到最新的蛋白結(jié)構(gòu)篩選鑒定，從傳統(tǒng)疫苗的理化檢測到今年的單抗藥物和新型病毒疫苗研發(fā)，分析超離技術(shù)一直在背后默默耕耘，貢獻(xiàn)了一批又一批真實可靠的實驗數(shù)據(jù)。時至今日，超離心機(jī)已經(jīng)成為醫(yī)藥、生物學(xué)研究領(lǐng)域不可或缺的制備和分析手段，已廣泛地應(yīng)用于蛋白質(zhì)聚集、單克隆抗體的自聚合研究、受體與蛋白質(zhì)配基結(jié)合的化學(xué)計量學(xué)、目標(biāo)靶蛋白的驗證、大分子材料研究以及疫苗藥物配方研究、QA/QC等方面。

    06 1930年諾貝爾物理學(xué)獎 -拉曼效應(yīng)

    拉曼效應(yīng)，也稱拉曼散射，是指一定頻率的激光照射到樣品表面時，物質(zhì)中的分子吸收了部分能量，發(fā)生不同方式和程度的振動（例如：原子的擺動和扭動，化學(xué)鍵的擺動和振動），然后散射出較低頻率的光，光頻率的變化決定于散射物質(zhì)的特性，不同原子團(tuán)振動的方式是惟一的，因此可以產(chǎn)生特定頻率的散射光，其光譜就稱為“指紋光譜”，可以照此原理鑒別出組成物質(zhì)的分子的種類。

    拉曼效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者拉曼是一位物理學(xué)天才。拉曼1888年11月7日出生于印度南部的特里奇諾波利，父親是一位大學(xué)數(shù)學(xué)、物理教授，自幼對他進(jìn)行科學(xué)啟蒙教育，培養(yǎng)他對音樂和樂器的愛好。他天資出眾，16歲大學(xué)畢業(yè)，以第一名獲物理學(xué)金獎，19歲又以優(yōu)異成績獲碩士學(xué)位。1906年，他僅18歲，就在英國著名科學(xué)雜志《自然》發(fā)表了關(guān)于光衍射效應(yīng)的論文。為了謀生，拉曼成為了一名會計助理，他利用業(yè)余時間在印度科學(xué)教育協(xié)會里面的實驗室開展他的聲學(xué)和光學(xué)研究，經(jīng)過十年的努力，拉曼在沒有高級科研人員指導(dǎo)的條件下，靠自己的努力作出了一系列成果，發(fā)表了許多論文。1917年加爾各答大學(xué)破例邀請他擔(dān)任物理學(xué)教授，使他從此能專心致力于科學(xué)研究。1924年拉曼到美國訪問，正值不久前康普頓發(fā)現(xiàn)X射線散射后波長變長的效應(yīng)，拉曼從中得到了重要啟示，在1928年2月28日下午，拉曼決定采用單色光作光源，做了一個具有劃時代意義的實驗：他從目測分光鏡看散射光，看到在藍(lán)光和綠光的區(qū)域里，有兩根以上的尖銳亮線，每一條入射譜線都有相應(yīng)的變散射線，人們把這一種新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象稱為拉曼效應(yīng)，憑借這一發(fā)現(xiàn)，1930年拉曼被授予諾貝爾物理學(xué)獎。

    拉曼發(fā)現(xiàn)反常散射的消息傳遍世界，引起了強(qiáng)烈反響，許多實驗室相繼重復(fù)，證實并發(fā)展了他的結(jié)果。拉曼是第一位獲得諾貝爾獎的第三世界國家的科學(xué)家，他大半生處于獨(dú)立前的印度，竟取得了如此突出的成就，實在令人欽佩。

    拉曼光譜分析已經(jīng)成為現(xiàn)在材料分析領(lǐng)域的重要分析手段，在鋼鐵、催化劑、藝術(shù)品鑒定等領(lǐng)域有著不可替代的作用。

    07 1952 年諾貝爾物理學(xué)獎 -核磁共振

    核磁共振是磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。

    愛德華·米爾斯·珀塞爾，1912年8月30日出生于美國依利諾伊州的特落威爾城。他先在依利諾伊州的馬頓公立學(xué)校受教育；1929年進(jìn)入印第安納州的普度大學(xué)電力工程系學(xué)習(xí)。然而，珀塞爾對物理學(xué)有著極大的興趣。大學(xué)畢業(yè)后，他被選為交流學(xué)生到德國的卡爾思魯恩高等工業(yè)學(xué)校留學(xué)，在韋澤爾教授指導(dǎo)下學(xué)習(xí)。一年之后，他回國進(jìn)入哈佛大學(xué)攻讀博士學(xué)位；兩年之后，珀塞爾成為該大學(xué)講師。第二次世界大戰(zhàn)開始后，他來到麻省理工大學(xué)放射研究所進(jìn)行微波雷達(dá)開發(fā)研究。珀塞爾對核磁共振研究于1945年開始。他認(rèn)為，處于原子中心的原子核具有很小的磁場，在原子核外有靜磁場存在時，核的旋進(jìn)運(yùn)動就會開始。地球的自轉(zhuǎn)軸也會產(chǎn)生周期26000公里的旋進(jìn)運(yùn)動。從外向輸送電波時，這種電磁波的頻率與原子核的旋進(jìn)頻率一致，這就是共振。他利用了螺線管法研究了弱磁場中的核磁共振，這種方法對于徹底地、絕對地測定核磁力矩具有極大意義。其次，他設(shè)計了一項饒有興趣的實驗：他利用核磁共振形成一種獨(dú)特的狀態(tài)，在這種狀態(tài)中原子核的狀態(tài)相當(dāng)于絕對溫度計的低溫，從而開辟了物理學(xué)的一個嶄新的領(lǐng)域——核磁共振能譜學(xué)。由于其在核磁共振領(lǐng)域的突出成就，珀塞爾被授予1952 年諾貝爾物理學(xué)獎。

    現(xiàn)在核磁共振在臨床醫(yī)學(xué)中非常普及，對腦、甲狀腺、肝、膽、脾、腎、胰、腎上腺、子宮、卵巢、前列腺等實質(zhì)器官以及心臟和大血管有絕佳的診斷功能。與其他輔助檢查手段相比，核磁共振具有成像參數(shù)多、掃描速度快、組織分辨率高和圖像更清晰等優(yōu)點(diǎn)，可幫助醫(yī)生“看見”不易察覺的早期病變，目前已經(jīng)成為腫瘤、心臟病及腦血管疾病早期篩查的利器。由于核磁共振技術(shù)的重要性和廣泛應(yīng)用，這種技術(shù)前后獲得過六次諾貝爾科學(xué)獎，除了1952年珀塞爾的物理學(xué)獎外，還包括1943和1944年物理學(xué)獎、1991和2002年化學(xué)獎以及2003年的醫(yī)學(xué)獎。核磁共振及其衍生的技術(shù)竟然橫跨了70年的三個學(xué)科的六次諾貝爾科學(xué)獎，開創(chuàng)了諾貝爾科學(xué)獎授獎史的紀(jì)錄。

    08 1979諾貝爾生理、醫(yī)學(xué)獎-X射線斷層掃描儀

    射線斷層掃描儀一般稱為“CT”，這種技術(shù)是利用X射線穿透人體某層面進(jìn)行逐行掃描，探測器測量和記錄透過人體后的射線強(qiáng)度值，將這些強(qiáng)度值轉(zhuǎn)換為數(shù)碼信號，送進(jìn)計算機(jī)進(jìn)行處理，經(jīng)過排列重建，在顯示器上就能顯示出該層面的“切片”圖。

    倫琴發(fā)現(xiàn)X射線之后，這種技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域迅速推廣開來，但是X射線照相無法解決前后物體的圖像重疊問題。1917年，奧地利數(shù)學(xué)家雷唐提出用高度準(zhǔn)直、極細(xì)筆狀X射線束，環(huán)繞人體某一部分作斷層掃描，未被吸收的光子穿透人體后被檢測器接收，這些模擬信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算后可重建圖像，這就是斷層照相的基本思想，可惜他的論文在發(fā)表后的50多年里被湮沒了，直至20世紀(jì)70年代初才發(fā)現(xiàn)。此后，在數(shù)學(xué)家們提出的各種對斷面掃描數(shù)據(jù)處理的運(yùn)算方法中，貢獻(xiàn)最大的是美國理論物理學(xué)家阿蘭·科馬克。

    1955年，在開普敦大學(xué)物理系教理論物理學(xué)的科馬克發(fā)現(xiàn)醫(yī)生在計算放射劑量時，把非均質(zhì)的人體當(dāng)作均質(zhì)看待，他認(rèn)為應(yīng)把人體構(gòu)造和組成特征用一系列前后相繼的切面圖像表現(xiàn)出來。經(jīng)過近10年的努力，他終于解決了計算機(jī)斷層掃描技術(shù)的理論問題。1963年，他首先建議用X射線掃描進(jìn)行圖像重建，并提出了精確的數(shù)學(xué)推算方法。20世紀(jì)70年代，英國EMI公司的工程師高德弗里·豪斯菲爾德在參考科馬克發(fā)表的應(yīng)用數(shù)學(xué)重建圖像理論的基礎(chǔ)上，把電子計算機(jī)斷層照相技術(shù)引入醫(yī)學(xué)，使電子計算機(jī)技術(shù)與X射線機(jī)相結(jié)合，完成圖像重建過程。1971年，豪斯菲爾德研制成功的世界上第一臺X射線計算機(jī)斷層掃描機(jī)在倫敦一家醫(yī)院正式安裝使用，成功地為一名英國婦女診斷出腦部的腫瘤，獲得了第一例腦腫瘤的照片。他們在英國放射學(xué)會上發(fā)表了第一篇論文，1973年英國放射學(xué)雜志對此作了正式報道，這篇論文受到了醫(yī)學(xué)界的高度重視，被譽(yù)為“放射診斷學(xué)史上又一個里程碑”，從此，放射診斷學(xué)進(jìn)人了CT時代。1979年的諾貝爾生理。醫(yī)學(xué)獎破例地授給了豪斯菲爾德和科馬克這兩位沒有專門醫(yī)學(xué)經(jīng)歷的科學(xué)家。

    目前，X射線斷層掃描技術(shù)已成為臨床醫(yī)學(xué)診斷中最有效的手段之一。它的優(yōu)越性在于可以清晰地顯示人體器官的各種斷面，避免產(chǎn)生影像的重疊，具有相當(dāng)高的密度分辨率和一定的空間分辨率，對腦瘤的確診率可達(dá)95％。對腹部、胸部等處的肝、胰、腎等軟組織器官是否病變有特殊功用，對于已有病變腫瘤的大小和范圍顯示也很清楚，在一定程度上還可以區(qū)分腫瘤的性質(zhì)。

    09  1986年諾貝爾物理學(xué)獎 -電子顯微鏡

    電子顯微鏡簡稱電鏡，是根據(jù)電子光學(xué)原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器，分為透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡。

    研制電子顯微鏡的歷史可以追溯到19世紀(jì)末。人們在研究陰極射線的過程中發(fā)現(xiàn)陰極射線管的管壁往往會出現(xiàn)陽極的陰影。1897年布勞恩設(shè)計并制成了最初的示波管。這就為電子顯微鏡的誕生準(zhǔn)備了技術(shù)條件。1926年布什發(fā)表了有關(guān)磁焦距的論文，指出電子束通過軸對稱電磁場時可以聚焦，如同光線通過透鏡時可以聚焦一樣，因為可以利用電子成像。這為電子顯微鏡作了理論上的準(zhǔn)備。

    恩斯特·魯斯卡1906年12月25日生于德國巴登市海德堡。恩斯特上中學(xué)時就喜歡工程，在大學(xué)期間參加過高壓實驗室工作，從事陰極射線示波管的研究。從1929年開始，魯斯卡在組長克諾爾的指導(dǎo)下進(jìn)行電子透鏡實驗。1928年-1929年期間，魯斯卡在參與示波管技術(shù)研究工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了利用磁透鏡和靜電透鏡使電子束聚焦成像的實驗研究，證實在電子束照射下直徑為0.3mm的光闌可以產(chǎn)生低倍（1.3倍）的像，并驗證了透鏡成像公式。這就為創(chuàng)制電子顯微鏡奠定了基礎(chǔ)。

    年，克諾爾和魯斯卡開始研制電子顯微鏡，1933年，魯斯卡在加速電壓75 kV下，運(yùn)用焦距為3 mm的磁透鏡獲得 12 000倍放大率，還安裝了聚光鏡可以在高放大率下調(diào)節(jié)電子束亮度。他拍攝了分辨率優(yōu)于光學(xué)顯微鏡的鋁箔和棉絲的照片，并試驗采用薄試樣使電子束透射從而形成電子放大像。1934年魯斯卡以題為“電子顯微鏡的磁物鏡”學(xué)位論文獲得柏林技術(shù)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。經(jīng)過三年的奔走，1937年春，西門子-哈斯克公司終于同意出資為他建立電子光學(xué)和電子顯微學(xué)實驗室。1939年西門子公司制造的第一臺商品電子顯微鏡終于問世，在萊比錫國際博覽會上展出，引起廣泛注意。由于在電鏡領(lǐng)域做出的巨大貢獻(xiàn)，1986年魯斯卡被授予獲諾貝爾物理學(xué)獎。

    電子顯微鏡作為一種微觀結(jié)構(gòu)分析方式，已經(jīng)在納米科學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、材料、物理、化學(xué)等眾多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

    10 1994年諾貝爾物理學(xué)獎 -中子衍射技術(shù)

    中子衍射通常指德布羅意波長為約1埃左右的中子（熱中子）通過晶態(tài)物質(zhì)時發(fā)生的布拉格衍射，用于研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。

    中子發(fā)現(xiàn)于1932年，這個時候德布羅意物質(zhì)波假設(shè)已經(jīng)得到電子衍射和分子衍射的驗證。人們預(yù)見到，并且也實際觀測到了中子的衍射現(xiàn)象。但是由于當(dāng)時中子源太弱，得到的中子束能量不均勻，難以找到具體應(yīng)用。直到40年代，當(dāng)核反應(yīng)堆建立以后，才有可能利用中子衍射效應(yīng)探索物質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。從核反應(yīng)堆發(fā)出的中子經(jīng)過減速（慢化）以后，其能量與熱平衡的分子原子及晶格相當(dāng)，所以這種慢中子又稱為熱中子。從40年代—50年代開始，以熱中子非彈性散射為中心的慢中子譜學(xué)得到了飛速發(fā)展，三軸譜儀的發(fā)明為慢中子譜學(xué)提供了重要的手段。

    沙爾1915年生于匹茲堡，1937年在卡耐基技術(shù)學(xué)院畢業(yè)，1941年在紐約大學(xué)獲博士學(xué)位，研究的課題是核物理。后來，沙爾加入了橡樹嶺國家實驗室，1949年沙爾和斯馬特首先報導(dǎo)了核散射引起的附加相干布拉格反射，后來又進(jìn)一步證明鐵磁材料與鐵磁性材料的磁晶格結(jié)構(gòu)也可以用中子衍射進(jìn)行研究，沙爾對慢中子輻射的各種應(yīng)用所做的工作，奠定了磁結(jié)晶學(xué)的發(fā)展。1956年他曾因此榮獲美國物理學(xué)會的布克利獎。隨后，沙爾和他的合作者致力于完全晶格的動態(tài)X射線和中子衍射的研究。

    布羅克豪斯1918年出生于阿爾塔的勒斯布利奇，在不列顛哥倫比亞大學(xué)先學(xué)電工和電子學(xué)，27歲時才開始學(xué)習(xí)物理，1948年與1950年在多倫多大學(xué)先后獲碩士學(xué)位和博士學(xué)位。出于對奈爾反鐵磁性學(xué)說的興趣，認(rèn)識到中子磁散射的價值，選擇職業(yè)時毫不猶豫地來到了加拿大著名核反應(yīng)堆實驗室——喬克里弗國家實驗室。他在原有的單軸和二軸中子譜儀的基礎(chǔ)上設(shè)計了三軸譜儀。在布羅克豪斯等人的努力下，慢中子譜學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門普遍采用的技術(shù)。

    年諾貝爾物理學(xué)獎被美國馬薩諸塞州坎伯利基麻省理工學(xué)院的沙爾和加拿大安大略省翰密爾頓馬克馬斯特爾大學(xué)的布羅克豪斯共同分享。瑞典皇家科學(xué)院在通報中說，他們的貢獻(xiàn)在于：“沙爾幫助解答了原子在哪里的問題，而布羅克豪斯幫助解答了原子在做什么的問題”。

    中子衍射技術(shù)在晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)分析等領(lǐng)域有都有重要應(yīng)用，同時也被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)相變、擇優(yōu)取向、晶體形貌、位錯缺陷及非晶態(tài)等其他方面研究。

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