卡爾·曼內(nèi)·喬治·西格巴恩（1886年12月3日 - 1978年9月26日），瑞典物理學(xué)家，因在X射線光譜學(xué)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)和研究而獲得1924年諾貝爾物理學(xué)獎。
人物經(jīng)歷
卡爾·西格巴恩1886年12月3日生于瑞典南部的厄勒布魯城，是喬治·西格巴恩和他的妻子艾瑪·澤特貝里的兒子。1906年中學(xué)畢業(yè)后，進入隆德縣（Lund）大學(xué)，并于1911年以“磁場測量”為題獲博士學(xué)位。1907年—1911年在隆德大學(xué)物理研究所當著名光譜學(xué)家里德伯的助教，1920年里德伯去世后，接任物理學(xué)教授，1923年擔(dān)任烏普沙拉大學(xué)物理學(xué)教授。1937年任瑞典皇家科學(xué)院實驗物理學(xué)教授，同年瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾研究所物理部成立，卡爾·西格班任第一屆主任。1988年，該研究所更名為曼內(nèi)·西格巴恩研究所（MSI）。卡爾·西格班于1964年退休，1978年9月26日逝世。他的兒子凱·西格班（Kai M.Siegbahn，1918—2007）也是著名的物理學(xué)家，并因在高分辨率電子能譜學(xué)所作的貢獻而獲得1981年的諾貝爾獎。
研究領(lǐng)域
X射線光譜學(xué)
1895年威廉·倫琴發(fā)現(xiàn)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(jù)證明X射線具有一定的分布特性。查爾斯·巴克拉第一次發(fā)現(xiàn)在一個實驗中，不管元素已化合成什么化合物，它們總是發(fā)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(lǐng)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(xiàn)一種軟得多的成分。這是一種特殊的標識輻射。巴克拉發(fā)現(xiàn)這種新標識輻射的穿透本領(lǐng)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(jīng)開始進入X射線譜的范疇了。馬克斯·馮·勞厄發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)不僅說明了X射線的特性和晶體點陣的真實性，還為科學(xué)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(chǔ)上，布拉格父子成功地解釋了X射線衍射圖像，并且設(shè)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(chǔ)。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(fā)現(xiàn)了一個極其簡單的數(shù)學(xué)定律，根據(jù)這一定律，根據(jù)譜線位置決定的頻率和波長可從所謂的原子序數(shù)得到。原子序數(shù)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(xué)界公認莫塞萊應(yīng)與查爾斯·巴克拉共享1917年諾貝爾物理學(xué)獎，可惜，莫塞萊于1915年不幸死在歐洲戰(zhàn)場上。
研究過程
他們的工作被卡爾·西格班繼承和發(fā)展。卡爾·西格班發(fā)展了新的方法，設(shè)計了新儀器。他改進了真空泵的設(shè)計，特別是分子泵。他設(shè)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?qū)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(fā)現(xiàn)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奧格·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(tǒng)的規(guī)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(guān)的現(xiàn)象作出量子理論解釋建立了堅實的經(jīng)驗基礎(chǔ)。卡爾·西格班在他的《倫琴射線譜學(xué)》一書中對這方面的成果作了全面總結(jié)。該書的德文版于1923年出版，英文版于次年出版，這是一部經(jīng)典的科學(xué)著作。卡爾·西格班的X射線譜儀測量精度非常之高，以致于30年后還一直在許多方面得到應(yīng)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，整個光譜儀處于恒溫狀態(tài)。
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(xué)的研究轉(zhuǎn)向X射線光譜學(xué)。為此，他在隆德大學(xué)創(chuàng)建了著名的光譜學(xué)實驗室。1921年，他設(shè)計了研究光譜用的真空分光鏡。他先把要分析鑒定的材料涂在X射線管的陽極板上做為靶標，再用陰極發(fā)出的電子去沖擊陽極板，使其受激發(fā)，發(fā)出標識X射線。然后，用他所發(fā)明的分光鏡來觀察X射線光譜，并用攝譜儀攝下光譜照片。利用這種方法，他測量、分析并確定了92種元素的原子所發(fā)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于原子內(nèi)部而與外圍電子結(jié)構(gòu)所支配的復(fù)雜光譜線及化學(xué)性質(zhì)無關(guān)。他證明了查爾斯·巴克拉發(fā)現(xiàn)的K輻射與L輻射的確存在。
從威廉·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，西格班用棱鏡演示X射線的折射獲得成功，從而完成了這一歷史使命。1937年以后，卡爾·西格班領(lǐng)導(dǎo)的研究所致力于研究核物理問題。為此目的，1939年建造了一臺可把核加速至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(fā)生器。1962年此設(shè)備改建為1.5百萬V的發(fā)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臺電磁分離器，并設(shè)計和建造了用于不同目的的各種新型β譜儀。用這些技術(shù)設(shè)備和后來研究出來的一些恰當?shù)姆椒ǎ枴の鞲癜嗪退耐聜冮_展了一系列重要研究。他們研究了不穩(wěn)定原子核的輻射過程和不同類型的核反應(yīng)，并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，例如建造了一臺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），這種光柵特別適合于X射線和遠紫外區(qū)。在他的研究所里，一大群年輕的科學(xué)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。
射線特點
衍射現(xiàn)象。
射線分類
（1）如果被靶阻擋的電子的能量，不越過一定限度時，只發(fā)射連續(xù)光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射，連續(xù)光譜的性質(zhì)和靶材料無關(guān)。
（2）一種不連續(xù)的，它只有幾條特殊的線狀光譜，這種發(fā)射線狀光譜的輻射叫做特征輻射，特征光譜和靶材料有關(guān)。
獲獎記錄
應(yīng)用領(lǐng)域
醫(yī)用診斷X線機是醫(yī)學(xué)上常用的輔助檢查方法之一。臨床上常用的x線檢查方法有透視和攝片兩種。透視較經(jīng)濟、方便，并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(jié)。攝片能使受檢部位結(jié)構(gòu)清晰地顯示于x線片上，并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復(fù)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(jù)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。
晶體的點陣結(jié)構(gòu)對X射線可產(chǎn)生顯著的衍射作用，X射線衍射法已成為研究晶體結(jié)構(gòu)、形貌和各種缺陷的重要手段。
X射線具有很強的穿透力，醫(yī)學(xué)上常用作透視檢查。晶體的點陣結(jié)構(gòu)對X射線可產(chǎn)生顯著的衍射作用，X射線衍射法已成為研究晶體結(jié)構(gòu)、形貌和各種缺陷的重要手段。
子承父業(yè)
兒子凱伊·西格巴恩（1918～）1981年分享物理學(xué)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(nèi)·喬治·西格巴恩則于1924年獲得。在獲獎致辭中，凱說:“如果你每天從早飯的時候起就開始討論物理學(xué)，那肯定是大有好處的。”顯然，凱跟他的父親學(xué)得很好，因為他們父子二人都是因為在光譜學(xué)上的成就而獲獎。光譜學(xué)是檢測粒子和測量其能量的一門學(xué)科。老西格巴恩的獲獎是因為X射線光譜學(xué)的研究。
人物成就
因在X射線光譜學(xué)方面的研究和發(fā)現(xiàn)，獲得了1924年度的諾貝爾物理學(xué)獎。他證明了查爾斯·巴克拉發(fā)現(xiàn)的K輻射與L輻射的確存在。他還發(fā)現(xiàn)了另一譜線系，即M系。西格班光譜儀的高度分辨率顯示了莫塞萊所發(fā)現(xiàn)的K譜線為雙線。他在L系中發(fā)現(xiàn)了28條譜線，在M系中發(fā)現(xiàn)了24條譜線。他的工作支持波爾等科學(xué)家關(guān)于原子內(nèi)電子按照殼層排列的觀點。
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(jié)構(gòu)。這一切就成了人們研究原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。可見，X射線光譜學(xué)為原子物理學(xué)提供的豐富資料具有何等重要的價值。他為適應(yīng)不同波長的測量精心改進X射線光譜儀、改進X射線管，發(fā)現(xiàn)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、善于學(xué)習(xí)是他成功的重要因素。
參考資料 >