塞格巴恩

卡爾·曼內·喬奇·塞格巴恩1886年12月3日出生於瑞典的厄勒布魯（Orebro），1906年中學畢業後，進入隆德（Lund）大學，並於1911年以“磁場測量”為題獲博士學位，1907年—1911年在隆德大學物理研究所當著名光譜學家裡德伯的助教，1920年裡德伯去世後，接任物理學教授，1923年擔任烏普沙拉大學物理學教授，1937年任瑞典皇家科學院實驗物理學教授，同年瑞典皇家科學院諾貝爾研究所物理部成立，任第一屆主任。

基本信息

• 中文名：卡爾·曼內·喬奇·塞格巴恩
• 英文名：Karl Manne Georg Siegbahn

• 國籍：瑞典
• 職業：物理學家
• 出生年月：1886年12月3日
• 出生地：瑞典厄勒布魯城
• 去世年月：1978年9月6日
• 主要成就：X射線譜
• 所獲榮譽：諾貝爾物理學獎（1924年）

人物簡介

卡爾·曼內·喬奇·塞格巴恩1886年12月3日出生於瑞典的厄勒布魯（Orebro），1906年中學畢業後，進入隆德（Lund）大學，並於1911年以“磁場測量”為題獲博士學位，1907年—1911年在隆德大學物理研究所當著名光譜學家里德伯的助教，1920年裡德伯去世後，接任物理學教授，1923年擔任烏普沙拉大學物理學教授，1937年任瑞典皇家科學院實驗物理學教授，同年瑞典皇家科學院諾貝爾研究所物理部成立，卡爾·西格班任第一屆主任。
由於卡爾・曼內・喬奇・塞格巴恩教授對X射線譜方面的發現和研究，瑞典皇家科學院於1924年授予他諾貝爾物理學獎。卡爾·曼內·喬奇·塞格巴恩1964年退休，1978年9月26日逝世。他的兒子凱·西格班（KaiM.Siegbahn，1918—）也是著名的物理學家，並因在高解析度電子能譜學所作的貢獻而獲得1981年的諾貝爾獎。

生平及成就

卡爾·曼內·喬奇·塞格巴恩

塞格巴恩1906年進入侖德大學，1911年以“磁場測量”的論文獲得博士學位，1907~1911年他在該大學當J・R・里德堡教授助手，1915年起任該校講師、副教授、教授。1923年為烏普薩拉大學物理學教授，1937年為瑞典皇家科學院實驗物理學研究教授，同行任科學院諾貝爾研究所第一任所長，並任國際度量衡委員會的成員，1956年被選為該會榮譽會員。1938年~1947年間擔任國際物理學聯合會主度。1937年以前塞格巴恩主要從事X射線譜學方面工作。他改進了空氣泵和X射線管，採用了不少新技術，發現了許多新譜系，得到了能級數值的精確結果；1937以後他的主要研究核物理問題，設計、建造了30MeV的加速器、電離分離器、新型β攝譜儀等，對核物理實驗做了大量基礎工作。他多次獲得榮譽稱號，其中包括：倫敦物理學會授予杜德爾獎章、倫敦皇家學會授予修斯獎章、朗福德獎章，是倫敦和愛丁堡皇家學會會員、巴黎科學院院士等。

研究領域

X射線光譜學的建立

1895年倫琴發現X射線時，還沒有建立X射線譜的概念，也沒有任何實驗證據證明X射線具有一定的分布特性。巴克拉第一次發現在一個實驗中，不管元素已化合成什麼化合物，它們總是發射一種硬度的X射線。這說明X射線具有標識特定元素的特性。當原子量增大時，標識X射線的穿透本領會隨著增大。也就是說，X射線變得越來越硬。當原子量很高時卻又出現一種軟得多的成分。這是一種特殊的標識輻射。巴克拉發現這種新標識輻射的穿透本領也隨元素原子量的增大而增大。巴克拉把這兩種X輻射分別稱之為K輻射和L輻射，可以說，他已經開始進入X射線譜的範疇了。勞厄發現X射線衍射對說明X射線的波動性具有決定性的意義。X射線既然是波，就可以像可見光一樣，用波長來表征不同成分的X射線。勞厄的發現不僅說明了X射線的特性和晶體點陣的真實性，還為科學提供了新的研究方法。這就是用晶體分析X射線。正是在這一基礎上，布拉格父子成功地解釋了X射線衍射圖像，並且設計出了有效的X射線光譜儀。這一X射線光譜儀為研究X射線譜奠定了基礎。莫塞萊用布拉格X射線光譜儀研究不同元素的X射線，取得了重大成果。他從照相所得的各種元素的X射線輻射，證明K輻射是由兩條譜線組成，L輻射是由四條譜線組成。莫塞萊把各種元素的X射線譜線排列在一起，發現了一個極其簡單的數學定律，根據這一定律，根據譜線位置決定的頻率和波長可從所謂的原子序數得到。原子序數把各種元素基本上按原子量遞增的順序排列成一個系列，可是卻比按原子量遞增排列得到更合理的順序。科學界公認莫塞萊應與巴克拉共享1917年諾貝爾物理學獎，可惜，莫塞萊於1915年不幸死在歐洲戰場上。

研究過程

高溫電漿X射線譜學

他們的工作被卡爾·西格班繼承和發展。卡爾·西格班發展了新的方法，設計了新儀器。他改進了真空泵的設計，特別是分子泵。他設計的X射線管，可使曝光時間大大縮短，從而使他的測量精度大為提高。因此他能夠對X射線譜系作出精確的分析，首先他驗證了巴克拉用吸收方法測出的K系和L系，同時他又發現了M系。他測量波長的精確度比莫塞萊提高了1000倍。他證明了莫塞萊的K譜系一般都是雙線，他還在50種元素的X譜線中找到了28條L系譜線和24條M系譜線。卡爾·西格班的工作支持了玻爾等人把原子中電子按殼層排列的觀點。卡爾·西格班和他的同事還從各種元素的標識X輻射整理出系統的規律，對原子的電子殼層的能量和輻射條件建立了完整的知識，同時也為與之有關的現象作出量子理論解釋建立了堅實的經驗基礎。卡爾·西格班在他的《倫琴射線譜學》一書中對這方面的成果作了全面總結。該書的德文版於1923年出版，英文版於次年出版，這是一部經典的科學著作。卡爾·西格班的X射線譜儀測量精度非常之高，以致於30年後還一直在許多方面得到套用。他利用兩個顯微鏡，架在精密的測角器對角線兩端，可讀到角度的十分之幾秒，整個光譜儀處於恆溫狀態。

科研項目

卡爾·西格班的早期工作是研究電磁問題。1914年開始，西格巴從對電磁學的研究轉向X射線光譜學。為此，他在隆德大學創建了著名的光譜學實驗室。1921年，他設計了研究光譜用的真空分光鏡。他先把要分析鑑定的材料塗在X射線管的陽極板上做為靶標，再用陰極發出的電子去衝擊陽極板，使其受激發，發出標識X射線。然後，用他所發明的分光鏡來觀察X射線光譜，並用攝譜儀攝下光譜照片。利用這種方法，他測量、分析並確定了92種元素的原子所發射的標識X射線。這些元素的X射線標識譜間的相對簡易性和緊密相似性使他確信這些輻射起源於原子內部而與外圍電子結構所支配的複雜光譜線及化學性質無關。他證明了巴克拉發現的K輻射與L輻射的確存在。
另外，他還發現了另一譜線系，即M系。西格班光譜儀的高度解析度顯示了莫塞萊所發現的K譜線為雙線。他在L系中發現了28條譜線，在M系中發現了24條譜線。他的工作支持波爾等科學家關於原子內電子按照殼層排列的觀點。

科研項目

從倫琴開始，人們一直試圖證明X射線是一種波長短的電磁輻射。1924年，西格班用稜鏡演示X射線的折射獲得成功，從而完成了這一歷史使命。1937年以後，卡爾·西格班領導的研究所致力於研究核物理問題。為此目的，1939年建造了一台可把氘核加速至5MeV～6MeV能量的回旋加速器。不久又改建成可使氘核加速到30MeV能量的更大的回旋加速器。除此之外，又建立了400000V的高壓發生器。1962年此設備改建為1.5百萬V的發電站。為了研究不同放射性同位素的能量和輻射，在研究所里還建造了一台電磁分離器，並設計和建造了用於不同目的的各種新型β譜儀。用這些技術設備和後來研究出來的一些恰當的方法，卡爾·西格班和他的同事們開展了一系列重要研究。他們研究了不穩定原子核的輻射過程和不同類型的核反應，並且精確地測量了原子核的磁特性。卡爾·西格班和他的同事們還進行了其它項目的研究，例如建造了一台新型的電子顯微鏡和能自動工作的光柵刻線機（精度可達每毫米1800條線），這種光柵特別適合於X射線和遠紫外區。在他的研究所里，一大群年輕的科學家，包括許多來自國外的，參加到了原子核及其放射特性的研究之中。

套用領域

醫用診斷X線機醫用X線機醫學上常用作輔助檢查方法之一。臨床上常用的x線檢查方法有透視和攝片兩種。透視較經濟、方便，並可隨意變動受檢部位作多方面的觀察，但不能留下客觀的記錄，也不易分辨細節。攝片能使受檢部位結構清晰地顯示於x線片上，並可作為客觀記錄長期保存，以便在需要時隨時加以研究或在複查時作比較。必要時還可作x線特殊檢查，如斷層攝影、記波攝影以及造影檢查等。選擇何種x線檢查方法，必須根據受檢查的具體情況，從解決疾病（尤其是骨科疾病）的要求和臨床需要而定。x線檢查僅是臨床輔助診斷方法之一。

研究套用

工業中用來探傷。長期受X射線輻射對人體有傷害。X射線可激發螢光、使氣體電離、使感光乳膠感光，故X射線可用電離計、閃爍計數器和感光乳膠片等檢測。晶體的點陣結構對X射線可產生顯著的衍射作用，X射線衍射法已成為研究晶體結構、形貌和各種缺陷的重要手段。
X射線具有很強的穿透力，醫學上常用作透視檢查，工業中用來探傷。長期受X射線輻射對人體有傷害。X射線可激發螢光、使氣體電離、使感光乳膠感光，故X射線可用電離計、閃爍計數器和感光乳膠片等檢測。晶體的點陣結構對X射線可產生顯著的衍射作用，X射線衍射法已成為研究晶體結構、形貌和各種缺陷的重要手段。

主要貢獻

這是了解原子結構的重要途徑。大家知道，X射線發自原子內部。莫塞萊確定的原子序數實際上代表了原子核內正電荷的單位數。K輻射和L輻射相當於玻爾原子理論中的兩種不同的躍遷。K輻射比L輻射的波長短，說明K輻射包含的原子能量的變化比L輻射大。也就是說，發射一條K譜線時電子躍遷到比發射一條L譜線更靠近原子核的軌道上。這樣就可推斷，最靠近原子核的是K能級，它的外面是L能級。既然還觀測到了波長更長的M譜線和N譜線，可以判定在L能級之外還有M能級和N能級。卡爾·西格班精確測定了這些譜線實際上是由許多細線組成的，說明這些能級還可分為更精細的結構。這一切就成了人們研究原子結構的基礎。可見，X射線光譜學為原子物理學提供的豐富資料具有何等重要的價值！他為適應不同波長的測量精心改進X射線光譜儀、改進X射線管，發現標識譜中M和N線系所做的重要貢獻；精益求精、努力改進儀器裝置、善於學習是他成功的重要因素。

子承父業

凱伊·西格巴恩

兒子凱伊·西格巴恩（1918～）1981年分享物理學獎。獲得諾貝爾獎的機會本來就非常之小,但曾有6次是父子二人都曾接受過這項殊榮,凱·西格巴恩是在1981年得的獎,其父卡爾·曼內·喬治·西格巴恩則於1924年獲得。在獲獎致辭中,凱說:“如果你每天從早飯時候起就開始討論物理學,那肯定是大有好處的。”顯然,凱跟他的父親學得很好,因為他們父子二人都是因為在光譜學上的成就而獲獎。光譜學是檢測粒子和測量其能量的一門學科。老西格巴恩的獲獎是因為X射線光譜學的研究。