基本介紹
定義,產生,套用,X射線診斷,工業領域,危害與保護措施,發現歷史,分類,特性,物理特性,化學特性,生物特性,
定義
產生
產生X射線的最簡單方法是用加速後的電子撞擊金屬靶。撞擊過程中，電子突然減速，其損失的動能會以光子形式放出，形成X光光譜的連續部分，稱之為軔致輻射。通過加大加速電壓，電子攜帶的能量增大，則有可能將金屬原子的內層電子撞出。於是內層形成空穴，外層電子躍遷回內層填補空穴，同時放出波長在0.1nm左右的光子（相當於3EHz的頻率和12.4keV的能量）。由於外層電子躍遷放出的能量是量子化的，所以放出的光子的波長也集中在某些部分，形成了X光譜中的特徵線，此稱為特性輻射。
高速電子轟擊靶時，與靶物質的相互作用過程是很複雜的。一些高速電子進入到靶物質原子核附近，在原子核的強電場作用下，速度的量值和方向都發生變化，一部分動能轉化為X光子的能量（hv）輻射出去。這種輻射稱為軔致輻射（bremsstrahlung）。一些高速電子進入靶物質原子內部，如果與某個原子的內層電子發生強烈相互作用，就有可能把一部分動能傳遞給這個電子，使它從原子中脫出，從而使原子內電子層出現一個空位，這個空位就會被更外層的電子躍遷填充，並在躍遷過程中發出一個X光子，而發出的X光子的能量等於兩個能級的能量差，這種輻射稱為特徵（標識）輻射（characteristic radiation）。
高速電子轟擊陽極時，上述兩種輻射，電子動能轉變為X射線的能量不到1%，而99%以上都轉變為熱能，從而使陽極溫度升高。因此，陽極上直接受到電子轟擊的區域，應該選用熔點高的物質。理論和實驗表明，在同樣速度和數目的電子轟擊下，原子序數Z不同的各種物質做成的靶，所輻射X射線的光子總數或光子總能量是不同的，光子的總能量近乎與Z成正比。所以，愈大則產生X射線的效率愈高。因此，在兼顧熔點高、原子序數大和其他些技術要求時，鎢(Z=74)和它的合金是最適當的材料。如果需要波長較長的X射線，則採用較低的管電壓，如乳房透視，這時用(Z=42)作為靶則更好一些。由於靶的發熱量很大，所以陽極整體用導熱係數較大的銅做成，受電子轟擊的鎢靶或鉬靶，則鑲嵌在陽極上，以便更好地導出和散發熱量。
套用
X射線診斷
X射線套用於醫學診斷，主要依據X射線的穿透作用、差別吸收、感光作用和螢光作用。由於X射線穿過人體時，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射線量比肌肉吸收的量要多，那么通過人體後的X射線量就不一樣，這樣便攜帶了人體各部密度分布的信息，在螢光屏上或攝影膠片上引起的螢光作用或感光作用的強弱就有較大差別，因而在螢光屏上或攝影膠片上（經過顯影、定影）將顯示出不同密度的陰影。根據陰影濃淡的對比，結合臨床表現、化驗結果和病理診斷，即可判斷人體某一部分是否正常。
工業領域
由於X射線具有很強的穿透力，除了在醫學上用得到它，在工業上也用得著X射線來做工業探傷。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。
危害與保護措施
——當X射線曝光時，工作人員應該站在控制板後面。
——當病人需要扶或抱著時，工作人員要戴上鉛裙和鉛手套。
——非放射室人員不得隨便進入X光室，如果需要其他，人員在場當X射線曝光時，讓他們也站在控制台後面。
——當進行放射線操作時，可能會被X射線傷害，可戴上能測定照射量的遺光膠片，並定期檢查遮光膠片。
——只有接到醫生或有資格的醫務人員的X光拍片申請單，才拍照X光照片。
X射線是可以引起傷害的。X射線是看不見、感覺不到的射線當人處於X射線射束之中時，也不會馬上有感覺。常處於X光機周的操作者或反覆被X射線檢查的患者，對其健康會產生持久性的傷害，還應該記住，不僅X射線的直接射束能引起傷害，散在的X射線也有傷害性。
當人進行X射線曝光時，X光管附近的任何地方都不安全，只有控制板的後面是安全的除病人之外，不允許其他任何人進入X光室，如果患者需要攙扶或病兒需要抱著進行X射線照射時，病兒的父母或扶病人的親友，也必須穿戴鉛裙，戴鉛手套。當進行X射線光時，不要讓醫院不穿鉛裙、不戴鉛手套的護士或其他人員攙扶病人。
由於病人並不經常進行X射線照射，而且只對病人身體的一小部分進行照射，因此病人受X射線的危害性非常小，但是要務必爭取一次成功，這樣可以免進行第二次X射線照射。
X射線操作者、醫生、護士常年累月在X光室工作，會受到X射線的危害，但是如果他們隨時注意，按操作規程進行，X射線的危害是可以避免的。
必須知道X射線是看不到，感覺不到的射線，對人體是會引起危害的。
發現歷史
1895年11月8日傍晚，他研究陰極射線。為了防止外界光線對放電管的影響，也為了不使管內的可見光漏出管外，他把房間全部弄黑，還用黑色硬紙給放電管做了個封套。為了檢查封套是否漏光，他給放電管接上電源（茹科夫線圈的電極），他看到封套沒有漏光而滿意。可是當他切斷電源後，卻意外地發現一米以外的一個小工作檯上有閃光，閃光是從一塊螢光屏上發出的。然而陰極射線只能在空氣中進行幾個厘米，這是別人和他自己的實驗早已證實的結論。於是他重複剛才的實驗，把屏一步步地移遠，直到2米以外仍可見到屏上有螢光。倫琴認為這不是陰極射線了。倫琴經過反覆實驗，確信這是種尚未為人所知的新射線，便取名為X射線。他發現X射線可穿透千頁書、2～3厘米厚的木板、幾厘米厚的硬橡皮、15毫米厚的鋁板等等。可是1.5毫米的鉛板幾乎就完全把X射線擋住了。他偶然發現X射線可以穿透肌肉照出手骨輪廓，於是有一次他夫人到實驗室來看他時，他請她把手放在用黑紙包嚴的照相底片上，然後用X射線對準照射15分鐘，顯影后，底片上清晰地呈現出他夫人的手骨像，手指上的結婚戒指也很清楚。這是一張具有歷史意義的照片，它表明了人類可藉助X射線，隔著皮肉去透視骨骼。1895年12月28日倫琴向維爾茨堡物理醫學學會遞交了第一篇X射線的論文“一種新射線——初步報告”，報告中敘述了實驗的裝置，做法，初步發現的X射線的性質等等。X射線的發現，又很快地導致了一項新發現——放射性的發現。
倫琴
自倫琴發現X射線後，許多物理學家都在積極地研究和探索，1905年和1909年，巴克拉曾先後發現X射線的偏振現象，但對X射線究竟是一種電磁波還是微粒輻射，仍不清楚。1912年德國物理學家勞厄發現了X射線通過晶體時產生衍射現象，證明了X射線的波動性和晶體內部結構的周期性，發表了《X射線的干涉現象》一文。
雙手X光圖片
勞厄的文章發表不久，就引起英國布拉格父子的關注，老布拉格（WH.Bragg）已是利茲大學的物理學教授，而小布拉格（WL.Bragg）則剛從劍橋大學畢業，在卡文迪許實驗室。由於都是X射線微粒論者，兩人都試圖用X射線的微粒理論來解釋勞厄的照片，但他們的嘗試未能取得成功。小布拉格經過反覆研究，成功地解釋了勞厄的實驗事實。他以更簡潔的方式，清楚地解釋了X射線晶體衍射的形成，並提出了著名的布拉格方程：
，這一結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射線來獲取晶體結構的信息。
老布拉格則於1913年元月設計出第一台X射線分光計，並利用這台儀器，發現了特徵X射線。小布拉格在用特徵X射線分析了一些鹼金屬鹵化物的晶體結構之後，與其父親合作，成功地測定出了金剛石的晶體結構，並用勞厄法進行了驗證。金剛石結構的測定說明了化學家長期以來認為的碳原子的四個鍵按正四面體形狀排列的結論。這對尚處於新生階段的X射線晶體學來說是一個非常重要的事件，它充分顯示了X射線衍射用於分析晶體結構的有效性，使其開始為物理學家和化學家普遍接受。
2023年，美國科研人員首次探測到了單個原子在X射線作用下產生的信號。這項研究由美國俄亥俄大學、阿爾貢國家實驗室等機構進行，分別探測到了嵌在分子框架中的單個鐵原子和單個鋱原子的X射線信號。相關論文日前發表在英國《自然》雜誌上。
分類
在電磁輻射波諧中，波長在0,001-2.5A範圍的為X射線。按其波長利穿透力的不同又可分為兩類：硬X-射線和軟X-射線。硬X射線，波長較短為0.05-0.1A,穿透力強軟X-射線，波長較長為0.1-0.5A，穿透力較弱。
特性
物理特性
1、穿透作用。X射線因其波長短，能量大，照在物質上時，僅一部分被物質所吸收，大部分經由原子間隙而透過，表現出很強的穿透能力。X射線穿透物質的能力與X射線光子的能量有關，X射線的波長越短，光子的能量越大，穿透力越強。X射線的穿透力也與物質密度有關，利用差別吸收這種性質可以把密度不同的物質區分開來。
2、電離作用。物質受X射線照射時，可使核外電子脫離原子軌道產生電離。利用電離電荷的多少可測定X射線的照射量，根據這個原理製成了X射線測量儀器。在電離作用下，氣體能夠導電；某些物質可以發生化學反應；在有機體內可以誘發各種生物效應。
3、螢光作用。X射線波長很短不可見，但它照射到某些化合物如磷、鉑氰化鋇、硫化鋅鎘、鎢酸鈣等時，可使物質發生螢光（可見光或紫外線），螢光的強弱與X射線量成正比。這種作用是X射線套用於透視的基礎，利用這種螢光作用可製成螢光屏，用作透視時觀察X射線通過人體組織的影像，也可製成增感屏，用作攝影時增強膠片的感光量。
4、熱作用。物質所吸收的X射線能大部分被轉變成熱能，使物體溫度升高。
5、干涉、衍射、反射、折射作用。這些作用在X射線顯微鏡、波長測定和物質結構分析中都得到套用。
化學特性
1、感光作用。X射線同可見光一樣能使膠片感光。膠片感光的強弱與X射線量成正比，當X射線通過人體時，因人體各組織的密度不同，對X射線量的吸收不同，膠片上所獲得的感光度不同，從而獲得X射線的影像。
2、著色作用。X射線長期照射某些物質如鉑氰化鋇、鉛玻璃、水晶等，可使其結晶體脫水而改變顏色。
生物特性
X射線照射到生物機體時，可使生物細胞受到抑制、破壞甚至壞死，致使機體發生不同程度的生理、病理和生化等方面的改變。不同的生物細胞，對X射線有不同的敏感度，可用於治療人體的某些疾病，特別是腫瘤的治療。在利用X射線的同時，人們發現了導致病人脫髮、皮膚燒傷、工作人員視力障礙，白血病等射線傷害的問題，在套用X射線的同時，也應注意其對正常機體的傷害，注意採取防護措施。
