X射線

X射線（或少於X射線）是高能電磁輻射。在許多語言中，它被稱為Röntgen輻射，在德國科學家WilhelmConradRöntgen於1895年發現它，並將其命名為X輻射以表示未知類型的輻射。

X射線波長比紫外線的波長短，比伽馬射線的波長更長。 X射線頻帶的邊界沒有普遍接受的嚴格定義。粗略地，X射線的波長從10納米到10個皮儀，對應於30 Petahertz到30 Exahertz的頻率（ 3 × 10 ¹⁶ Hz至3 × 10 ¹⁹ Hz ）和100 eV範圍內的能量分別為100 keV 。

X射線廣泛用於醫學診斷（例如檢查骨折的檢查）和材料科學（例如，識別某些化學元素並檢測到建築材料中的弱點）。

歷史

röntgen觀察和研究

在1895年發現之前，X射線只是從實驗放電管中散發出的一種未鑑定的輻射。他們注意到了這些管子生產的陰極射線的科學家注意到，這是1869年首次觀察到的充滿活力的電子束。許多早期的騙子試管（1875年左右發明）無疑是X射線射線的給他們，如下所述。 Crookes試管通過將剩餘空氣電離在管中的電離中，通過幾公里和100 kV之間的任何位置，從而產生了自由電子。該電壓加速了從陰極的電子到足夠高的速度，它們在撞擊管子的陽極或玻璃壁時產生了X射線。

威廉·摩根（William Morgan）最早的實驗者（在不知不覺中）是X射線射線。 1785年，他向倫敦皇家學會發表了一篇論文，描述了將電流通過部分撤離的玻璃管的影響，從而產生了由X射線產生的光芒。 Humphry Davy和他的助手Michael Faraday進一步探討了這項工作。

當斯坦福大學物理學教授費爾南多·桑福德（Fernando Sanford）創建了他的“電動攝影”時，他也在不知不覺中產生並檢測到了X射線。從1886年到1888年，他在柏林的Hermann von Helmholtz實驗室進行了研究，當時，他熟悉真空管中在跨單獨電極上施加電壓時，如Heinrich Hertz和Philipp Lenard所研究的那樣。他的1893年1月6日的信（將他的發現描述為“電氣攝影”）被適當發表，並發表了一篇題為“沒有鏡頭或光線”的文章，在舊金山審查員中出現了用板和物體拍攝的照片。

從1888年開始，菲利普·萊納德（Philipp Lenard）進行了實驗，以查看陰極射線是否可以從克魯克（Crookes）管中傳播到空中。他在用薄鋁製的末端製造了一個帶有“窗戶”的彎管管，面向陰極，使陰極射線會撞到它（後來稱為“ Lenard Tube”）。他發現有些事情發生了，這會暴露於照相板並引起熒光。他通過各種材料測量了這些光線的穿透力。有人建議，其中至少有一些“ Lenard Rays”實際上是X射線。

1889年，布拉格理工學院實驗物理學的講師烏克蘭出生的伊万·普魯伊（Ivan Puluj來自管子的發射。

Helmholtz為X射線製定了數學方程。他假設Röntgen提出發現和宣布之前，他提出了分散理論。他基於光電磁理論。但是，他沒有使用實際的X射線。

1894年，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）在他的實驗室中註意到了受損的電影，該電影似乎與Crookes Tube Tube實驗有關，並開始研究這種無形的輻射能量。羅恩根（Röntgen）確定了X射線，特斯拉（Tesla）開始使用自己設計的高壓和管子以及Crookes Tubes製作自己的X射線圖像。

Röntgen的發現

1895年11月8日，德國物理學教授威廉·羅恩根（WilhelmRöntgen）偶然發現了X射線，同時嘗試了Lenard Tubes和Crookes管，並開始研究它們。他撰寫了一份初始報告“一種新的射線：初步交流”，並於1895年12月28日將其提交給Würzburg的物理醫學學會雜誌。這是X射線上寫的第一篇論文。 röntgen將輻射稱為“ X”，以表明它是未知類型的輻射類型。一些早期的文本稱它們為Chi-Rays，將“ X”解釋為大寫的希臘字母Chi ， χ 。 X射線名稱卡住了，儘管（對Röntgen的偉大反對意見），他的許多同事都建議將其稱為RöntgenRays 。它們仍然被稱為多種語言，包括德語，匈牙利語，烏克蘭，丹麥語，波蘭語，捷克語，保加利亞語，瑞典語，芬蘭語，芬蘭語，葡萄牙語，愛沙尼亞語，斯洛文尼亞人，土耳其語，土耳其語，俄羅斯，拉脫維安，拉脫維亞語，立陶宛，立陶宛，阿爾巴尼亞人，日本，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語，荷蘭語喬治亞語，希伯來語，冰島和挪威人。羅恩根（Röntgen）因發現而獲得了諾貝爾物理獎。

關於他的發現有矛盾的說法，因為羅恩根（Röntgen）死後他的實驗筆記被燒毀了，但這很可能是他的傳記作者的重建：羅恩根（Röntgen使用熒光屏幕上塗有鉑金氰化鋇的熒光屏幕，該試管不會干擾。他注意到屏幕上有微弱的綠色光芒，大約1米（3.3英尺）。羅恩根（Röntgen）意識到，來自管子的一些看不見的光線正在穿過紙板以使屏幕發光。他發現他們還可以通過他的書桌上的書籍和文件。羅恩根（Röntgen）系統地研究了這些未知的射線。最初發現兩個月後，他發表了論文。

羅恩根（Röntgen）在由於X射線形成的攝影板上拍攝了妻子的手時發現了他們的醫療用途。他妻子的手的照片是使用X射線的人體部分的第一張照片。當她看到照片時，她說：“我看到了我的死亡。”

X射線的發現引起了極大的興趣。羅恩根（Röntgen）的傳記作者奧托·格拉瑟（Otto Glasser）估計，僅在1896年，就發表了多達49篇論文和1044篇有關新射線的文章。這可能是一個保守的估計，如果人們認為世界各地的幾乎每篇論文都廣泛地報導了這一新發現的信息，那麼僅在那一年，就撰寫了一本雜誌，諸如科學雜誌獻給了多達23篇文章。對新發現的聳人聽聞的反應包括將新型射線與神秘和超自然理論（例如心靈感應）聯繫起來的出版物。

放射學的進步

Röntgen立即註意到X射線可能具有醫療應用。他與他的12月28日物理醫學社會的提交一起，向他在歐洲認識的醫師發了一封信（1896年1月1日）。新聞（以及“ Shadowgrams”的創建）隨著蘇格蘭電氣工​​程師Alan Archibald Campbell-Swinton而迅速傳播，是Röntgen之後的第一個創建X射線（手）的人。到2月，僅在北美就有46位實驗者接受了這項技術。

X射線在臨床條件下的首次使用是約翰·霍爾·愛德華茲（John Hall-Edwards）於1896年1月11日在英格蘭伯明翰的約翰·霍爾（John Hall-Edwards），當時他X光射線射線照片插在同事手中。 1896年2月14日，Hall-Edwards也是第一個在外科手術中使用X射線的人。

1896年初，在Röntgen被發現幾週後， Ivan Romanovich Tarkhanov用X射線照射青蛙和昆蟲，得出結論，射線“不僅照片，而且還影響了生活功能”。大約在同一時間，動物學插畫家詹姆斯·格林（James Green）開始使用X射線檢查脆弱的標本。喬治·阿爾伯特·布倫格（ George Albert Boulenger）於1896年5月在倫敦動物學會之前發表的一篇論文首先提到了這項工作。加德納（Gardiner）於1897年出版了Boulenger的前言。

使用Pului設計的放電管獲得了美國製造的第一台醫療X射線。 1896年1月，在閱讀Röntgen的發現時，達特茅斯學院的弗蘭克·奧斯丁（Frank Austin）測試了物理實驗室中的所有放電管，發現只有Pului Tube產生的X射線。這是Pului納入雲母的斜面“靶”的結果，該雲母用於在管中保存熒光材料樣品。 1896年2月3日，學院醫學教授吉爾曼·弗羅斯特（Gilman Frost）和他的兄弟埃德溫·弗羅斯特（Edwin Frost），物理學教授露出了埃迪·麥卡錫（Eddie McCarthy）的手腕，吉爾曼（Gilman從霍華德·蘭吉​​爾（Howard Langill）獲得的明膠攝影板上破碎的骨骼的結果圖像，霍華德·蘭吉​​爾（Howard Langill）也對羅恩根（Röntgen）的作品感興趣。

許多實驗者，包括Röntgen本人在他的原始實驗中，提出了使用某種形式的發光屏幕查看X射線圖像“ Live”的方法。 röntgen使用了塗有鉑金氰化鋇的屏幕。 1896年2月5日，意大利科學家Enrico Salvioni（他的“加密鏡”）和普林斯頓大學的William Francis Magie （他的“ Skiascope”）開發了實時成像設備，均使用platium platinocyanide。在Röntgen的發現後不久，美國發明家托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）不久就開始研究，並研究了材料在暴露於X射線時熒光的能力，發現鈣鎢酸是最有效的物質。 1896年5月，他開發了第一個批量生產的實時成像裝置，即他的“ vitascope”，後來稱為熒光鏡，它成為醫學X射線檢查的標準。 1903年左右，愛迪生（Edison）在他的玻璃吹牛者之一克拉倫斯·麥迪遜·達利（Clarence Madison Dally）去世之前就放棄了X射線研究。達利（Dally）習慣於自己手上測試X射線管，在其中頑強地培養了一種癌症，以至於雙臂在徒勞的嘗試中被截肢，以挽救他的生命。 1904年，他成為X射線暴露的第一個已知死亡。在開發熒光鏡的過程中，塞爾維亞美國物理學家Mihajlo Pupin使用Edison開發的鈣鎢篩網發現，使用熒光屏幕減少了為醫學成像創建X射線的曝光時間，從一個小時到一個小時一會兒。

1901年，美國總統威廉·麥金萊（William McKinley）在參加紐約布法羅的泛美博覽會時被暗殺兩次。雖然一顆子彈只掠奪了他的胸骨，但另一個子彈在他腹部深處的某個地方被發現，找不到。一位擔心的麥金萊助手向發明家托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）發了一句話，將X射線機趕往布法羅（Buffalo）尋找流浪子彈。它到了，但沒有使用。雖然槍擊本身並非致命，但壞疽沿著子彈的路徑發展，麥金萊因細菌感染而死於六天后的敗血性休克。

發現危險

在1895年被科學家，醫生和發明者發現後，通過X及X獎的廣泛實驗，出現了許多關於燒傷，脫髮的故事，而在當時的技術期刊中，他們都會出現許多故事。 1896年2月，范德比爾特大學（Vanderbilt University）的約翰·丹尼爾（John Daniel）教授和威廉·洛夫蘭·達德利（William Lofland Dudley）報告說，達德利（Dudley）被X射線檢查後脫髮。 1896年，一個被槍殺的孩子被帶到范德比爾特實驗室。在試圖找到子彈之前，嘗試了一個實驗，為此，達德利（Dudley）“以他對科學的特徵性奉獻”自願參加了這一志願者。丹尼爾（Daniel）報導說，在為達德利（Dudley）頭骨的照片拍照21天（曝光時間為一個小時）後，他注意到禿頭的禿頭位置為5厘米（2英寸），直徑為他的頭部，他的頭部最近X射線管最近的頭部：“ A將板固定器固定在頭骨側面，並在頭骨和頭部之間放置一枚硬幣。將管子固定在另一側，距頭髮一半英寸[1.3 cm]。除了燒傷，脫髮和癌症之外，X射線還可以根據所用的輻射量與男性不孕有關。

1896年8月，高清。霍克斯（Hawks）是哥倫比亞學院（Columbia College）的畢業生，他因X射線示威而受到嚴重的手和胸部灼傷。在電氣審查中報導了它，並導致了許​​多與發送給該出版物的X射線相關的問題的報告。許多實驗者在愛迪生實驗室，威廉· J·莫頓（William J. Elihu Thomson在一段時間內故意將手指暴露在X射線管上，並遭受疼痛，腫脹和起泡。有時其他效果被指責為包括紫外線和（根據特斯拉）臭氧的損害。許多醫生聲稱，X射線暴露根本沒有影響。 1905年8月3日，在加利福尼亞州舊金山，美國X射線先驅者伊麗莎白·弗萊斯曼（ Elizabeth Fleischman）因與X射線的合作而死於並發症。

到1904年，Hall-Edwards患上了一種癌症（當時稱為X射線皮炎），以使他寫論文並發表有關X射線危險的公開講話。 1908年，他的左臂必須在肘部截肢，此後不久他的右臂上只有四個手指，只留下拇指。他於1926年因癌症去世。他的左手被保留在伯明翰大學。

20世紀及以後

X射線的許多應用立即引起了巨大的興趣。研討會開始製作專門的Crookes管，用於生成X射線，這些第一代冷陰極或Crookes X射線管才使用到1920年左右。

典型的20世紀早期醫療X射線系統由連接到冷陰極Crookes X射線管的Ruhmkorff線圈組成。火花隙通常與管平行連接到高壓側，並用於診斷目的。火花隙允許檢測火花的極性，通過火花的長度測量電壓，從而確定了管子真空的“硬度”，並且在X射線管斷開的情況下，它提供了負載。為了檢測管的硬度，最初將火花隙隙打開到最寬的設置。線圈運行時，操作員減少了縫隙，直到火花開始出現。火花隙開始在6.4厘米（2.5英寸）左右開始火花隙開始的管被認為是軟的（低真空），適用於薄的身體部位，例如手和手臂。 13厘米（5英寸）的火花表明該管適合肩膀和膝蓋。 18至23厘米（7至9英寸）火花將表明較高的真空吸塵器適合對較大個體的腹部進行成像。由於火花隙與管平行連接，因此必須打開火花隙，直到火花停止以操作試管進行成像。攝影板的曝光時間約為半分鐘，只有幾分鐘的胸部。板可能會添加少量的熒光鹽，以減少暴露時間。

Crookes管是不可靠的。它們必須包含少量的氣體（始終空氣），因為如果完全撤離，電流不會在這樣的管中流動。但是，隨著時間的流逝，X射線會導致玻璃吸收氣體，從而導致管子產生“硬” X射線，直到很快停止操作。向更大，更常用的管提供了用於恢復空氣的設備，稱為“軟化劑”。這些通常採用了一個小側管的形式，該側管包含一小塊雲母，一種礦物質，一種礦物質，在其結構內捕獲相對較大的空氣。一個小的電加熱器加熱了雲母，使其釋放出少量空氣，從而恢復了管的效率。但是，雲母的壽命有限，恢復過程很難控制。

1904年，約翰·安布羅斯·弗萊明（John Ambrose Fleming）發明了Thermionic二極管，這是第一種真空管。這使用了導致電流在真空中流動的熱陰極。這個想法迅速應用於X射線管，因此加熱的X射線管，稱為“柯立芝管”，在1920年左右之前完全取代了麻煩的冷陰極管。

大約在1906年，物理學家查爾斯·巴克拉（Charles Barkla）發現X射線可能被氣體散射，並且每個元素都有一個特徵性的X射線頻譜。他為這一發現贏得了1917年諾貝爾物理獎。

1912年，麥克斯·馮·勞（Max von Laue） ，保羅·諾普（Paul Knipping）和沃爾特·弗里德里希（Walter Friedrich）首先觀察到晶體對X射線的衍射。這一發現，以及保羅·彼得·埃瓦爾德（Paul Peter Ewald） ，威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg ）和威廉·勞倫斯·布拉格（William Lawrence Bragg ）的早期作品，誕生了X射線晶體學領域。

1913年，亨利·莫斯利（Henry Moseley）進行了晶體學實驗，X射線從各種金屬發出，並製定了Moseley定律，將X射線的頻率與金屬的原子數相關聯。

威廉·D·柯立芝（ William D. Coolidge）於同年發明了柯立芝X射線管。這使得X射線的連續排放成為可能。現代X射線管基於此設計，通常採用旋轉目標的使用，與靜態目標相比，旋轉目標可以顯著散熱，進一步允許更高的X射線輸出量用於高功率應用，例如旋轉CT掃描儀。

在英格蘭伯明翰的約翰·霍爾·埃德沃德（John Hall-Edwards ）啟用了X射線作為醫療目的（發展為放射治療領域）的使用。然後，在1908年，由於手臂上X射線皮炎的擴散，他不得不將左臂截肢。

醫學還使用該電影研究人類生理學。 1913年，在底特律製作了一張電影，在人胃中顯示了一個煮熟的雞蛋。這部早期的X射線電影是每四秒鐘以一張靜止圖像錄製的。紐約的劉易斯·格雷戈里·科爾（Lewis Gregory Cole）博士是該技術的先驅，他稱之為“連續X射線攝影”。 1918年，X射線與電影攝像機聯合使用，以捕獲運動中的人類骨架。 1920年，它被用來記錄英格蘭語言研究所在語言研究中的舌頭和牙齒運動。

1914年，瑪麗·庫裡（Marie Curie）開發了放射式汽車，以支持第一次世界大戰中受傷的士兵。這些汽車將允許對受傷的士兵進行快速的X射線成像，以便戰場外科醫生可以迅速，更準確地操作。

從1920年代初到1950年代，開發了X射線機，以協助穿鞋，並出售給商業鞋店。 1950年代表達了人們對頻繁或受控使用不良的影響的擔憂，這導致了該實踐最終在那十年的結束。

X射線顯微鏡是在1950年代開發的。

Chandra X射線天文台於1999年7月23日推出，一直允許探索產生X射線的宇宙中非常暴力的過程。與可見光不同的是宇宙的相對穩定的視圖，X射線宇宙是不穩定的。它的特點是被黑洞，銀河碰撞和Novae的星星撕裂，以及中子星，它們積聚了血漿層，然後爆炸到太空中。

提出了X射線激光器設備作為裡根政府在1980年代的戰略防禦計劃的一部分，但是該設備的唯一測試（一種激光“爆破器”或死亡射線，由熱核爆炸供電）不確定結果。出於技術和政治原因，總體項目（包括X射線激光器）被資助了（儘管後來被第二屆布什政府恢復為使用不同技術的國家導彈防禦）。

相位對比X射線成像是指使用X射線樑的相位信息形成圖像的各種技術。由於其對密度差異的良好敏感性，它對於成像軟組織特別有用。它已成為在廣泛的生物學和醫學研究中可視化細胞和組織學結構的重要方法。有幾種技術用於X射線相位對比成像，所有技術都利用不同的原理將X射線中X射線中出現的相位變化轉換為從對像變化。這些包括基於繁殖的相位對比度，塔爾伯特干涉法，折射增強成像和X射線乾涉法。與正常的基於吸收的X射線成像相比，這些方法提供了更高的對比度，從而使彼此之間的密度幾乎相似的細節可以區分。缺點是這些方法需要更複雜的設備，例如同步器或微孔X射線源， X射線光學元件和高分辨率X射線探測器。

能量範圍

柔軟而堅硬的X射線

高於5–10 KEV（低於0.2-0.1 nm波長）的X射線稱為硬X射線，而具有較低能量（且波長較長）的X射線稱為軟X射線。具有幾個KEV的光子能量的中間範圍通常稱為嫩X射線。由於其穿透能力，硬X射線被廣泛用於對象內部（例如，醫療射線照相和機場安全性）。術語X射線用於指定使用該方法本身之外的使用此方法產生的X線照相圖像。由於硬X射線的波長與原子的大小相似，因此它們也可用於通過X射線晶體學確定晶體結構。相比之下，柔軟的X射線很容易被空氣吸收。水中600 eV（〜2 nm）X射線的衰減長度小於1千米。

伽馬射線

對於區分X射線和伽馬射線的定義尚無共識。一種常見的做法是根據它們的來源區分兩種類型的輻射：X射線由電子發射，而伽馬射線則由原子核發射。該定義有幾個問題：其他過程也可以生成這些高能光子，或者有時未知生成方法。一種常見的替代方法是根據波長（或等效地，頻率或光子能）區分X和γ輻射，輻射短於某些任意波長，例如10 ^-11 m（ 0.1Å ），定義為γ輻射。 。該標準將光子分配給明確的類別，但只有在已知波長的情況下才有可能。 （某些測量技術不能區分檢測到的波長。）但是，這兩個定義通常是重合的，因為X射線管發射的電磁輻射通常比放射性核發射的輻射更長，光子能較長。有時，由於歷史先例，基於測量（檢測）技術，或基於其預期用途而不是其波長或源，因此在特定情況下使用一個或另一個項。因此，在這種情況下，在6-20 MEV的範圍內為醫療和工業用途（例如放射療法）生成的伽馬射線也可以稱為X射線。

特性

X射線光子具有足夠的能量來電離原子並破壞分子鍵。這使其成為一種電離輻射，因此對活組織有害。在短時間內，非常高的輻射劑量會導致輻射疾病，而較低的劑量會導致輻射誘導的癌症的風險增加。在醫學成像中，通常，這種增加的癌症風險大大超過了檢查的好處。 X射線的電離能力可用於使用放射治療殺死惡性細胞。它也用於使用X射線光譜法進行材料表徵。

硬X射線可以穿越相對較厚的物體而不會被吸收或散射。因此，X射線被廣泛用於映像視覺上不透明對象的內部。最經常看到的應用是在醫療射線照相和機場安全掃描儀中，但是類似的技術在行業（例如工業X射線照相和工業CT掃描）和研究（例如小動物CT ）也很重要。穿透深度在X射線頻譜上的幾個數量級變化。這允許對應用進行調整光子能量，以便通過對象進行足夠的傳輸，同時在圖像中提供良好的對比度。

X射線的波長比可見光短得多，這使得探測結構比使用正常顯微鏡要小得多。該特性用於X射線顯微鏡，以獲取高分辨率圖像，也用於X射線晶體學中，以確定原子在晶體中的位置。

與物質的互動

X射線通過光吸收，康普頓散射和瑞利散射以三種主要方式與物質相互作用。這些相互作用的強度取決於X射線的能量和材料的元素組成，但並不多於化學性質，因為X射線光子能量遠高於化學結合能。光吸收或光電吸收是軟X射線狀態和較低硬X射線能量的主要相互作用機制。在較高的能量下，康普頓散射占主導地位。

光電吸收

每單位質量的光電吸收的概率與z ³ / e ³大致成正比，其中z是原子數， E是入射光子的能量。該規則無效接近內殼電子結合能，而相互作用概率突然發生變化，所謂的吸收邊緣。但是，高吸收係數的一般趨勢，因此低光子能量和高原子數的滲透深度很短。對於軟組織，光吸收可占主導地位，大約26個KEV光子能量，康普頓散射接管。對於較高的原子量物質，該極限較高。骨骼中的高鈣（ Z = 20）以及它們的高密度使它們如此清晰地顯示在醫療X光片上。

光吸光的光子將其所有能量轉移到與之相互作用的電子中，從而將電子與之結合的原子電離並產生可能在其路徑中使更多原子的光電子產生。外電子將填充空缺的電子位置，並產生特徵性的X射線或螺旋鑽電子。這些效果可通過X射線光譜或螺旋鑽電子光譜法用於元素檢測。

康普頓散射

康普頓散射是醫學成像中X射線與軟組織之間的主要相互作用。康普頓散射是外殼電子對X射線光子的非彈性散射。光子的一部分能量被轉移到散射電子中，從而將原子電離並增加X射線的波長。散射的光子可以朝任何方向發展，但是與原始方向相似的方向更有可能，尤其是對於高能量X射線。 klein – nishina公式描述了不同散射角的概率。轉移的能量可以從能量和動量的保護中直接從散射角度獲得。

瑞利散射

瑞利散射是X射線製度中的主要彈性散射機理。非彈性向前散射產生折射率，對於X射線而言，該指數僅略低於1。

生產

每當充滿電的充電顆粒（電子或離子）擊中材料時，就會產生X射線。

電子生產

X射線可以通過X射線管生成，X射線管是一種真空管，該真空管使用高壓將熱陰極釋放的電子加速至高速度。高速電子與金屬目標，陽極相撞，形成X射線。在醫用X射線試管中，靶標通常是鎢的，或者是rhenium和Tungsten的更抗裂紋的合金（95％），但有時用於更專業的應用，例如當需要像在in in時一樣，例如需要X射線。乳房X線攝影。在晶體學中，最常見的是銅靶，當樣品中的鐵含量中的熒光可能帶來問題時，經常使用鈷。

產生的X射線光子的最大能量受入射電子的能量的限制，該電氣等於電子電荷上的電子電荷，因此80 kV管不能創建具有大於80的能量的X射線凱夫。當電子擊中目標時，X射線將由兩個不同的原子過程創建：

1. 特徵X射線發射（X射線電致發光）：如果電子具有足夠的能量，它可以將軌道電子從靶原子的內部電子殼中敲出。之後，來自較高能級的電子填充空缺，並發出X射線光子。該過程在幾個離散頻率下產生X射線的發射光譜，有時稱為光譜線。通常，這些是從上殼到k殼（稱為k線），l殼（稱為L線）等的過渡。如果轉變為2p到1s，則稱為Kα，而如果從3p到1s，則為Kβ。這些線的頻率取決於目標的材料，因此稱為特徵線。 Kα線通常比KβOne具有更大的強度，並且在衍射實驗中更需要。因此，Kβ線通過過濾器過濾。過濾器通常由一個質子小於陽極材料的金屬製成（例如用於Mo陽極的Cu陽極或NB濾波器的Ni濾波器）。
2. BREMSSTRAHLUNG ：這是電子散佈在核附近的強場散佈時，這是電子散發出的輻射。這些X射線具有連續的光譜。 Bremsstrahlung的頻率受到入射電子能量的限制。

因此，管的產生輸出由連續的bremsstrahung光譜在管電壓下掉落到零，以及在特徵線處的幾個尖峰。診斷X射線管中使用的電壓從大約20 kV到150 kV，因此X射線光子的最高能量從大約20 keV到150 keV。

這兩個X射線生產過程均效率低下，管子使用的電能只有大約百分之一，因此轉換為X射線，因此，該管消耗的大部分電力都以廢熱釋放。當產生可用的X射線通量時，必須設計X射線管以消散多餘的熱量。

在研究中廣泛使用的X射線的專業來源是同步輻射，該輻射是由粒子加速器生成的。它的獨特功能是X射線輸出比X射線管，寬X射線光譜，出色的准直和線性極化大的數量級。

X射線的短納米秒爆發在15 keV中的峰值峰值可以可靠地通過在中等真空中從剝離壓力敏感的膠帶上剝離而產生。這可能是由底機電充電產生的電荷重組的結果。 X射線摩擦發光的強度足以將其用作X射線成像的來源。

快速陽性離子生產

X射線也可以由快速質子或其他陽性離子產生。質子引起的X射線發射或粒子誘導的X射線發射被廣泛用作分析程序。對於高能量，生產橫截面與z ₁ ² z ₂ ^-4成正比，其中z ₁是指離子的原子數， z ₂是指靶原子的原子。在同一參考文獻中給出了這些橫截面的概述。

雷電和實驗室出院的生產

X射線還伴隨著陸地伽馬射線閃光燈而產生。潛在的機制是與閃電相關的電場中電子的加速度以及隨後通過Bremsstrahlung生產光子。這會產生帶有幾個KEV和幾十MEV的能量的光子。在實驗室放電約1米長，峰值電壓為1 mV的實驗室放電中，觀察到具有160 keV的特徵能量的X射線。一個可能的解釋是兩個流媒體的相遇和高能逃亡電子的產生。但是，微觀模擬表明，兩個流媒體之間的電場增強持續時間太短，無法產生大量的逃亡電子。最近，有人提出，流媒體附近的空氣擾動可以促進流失電子的產生，因此X射線射線的產生。

探測器

X射線檢測器的形狀和功能因其目的而異。成像探測器（例如用於放射線照相）的探測器最初是基於照相板和後來的攝影膜的，但現在主要被各種數字檢測器類型所取代，例如圖像板和平板探測器。對於輻射保護，通常使用電離室評估直接暴露危險，而劑量計用於測量該人已暴露的輻射劑量。 X射線光譜可以通過分散或波長色散光譜儀來測量。對於X射線衍射應用，例如X射線晶體學，混合光子計數檢測器被廣泛使用。

醫療用途

由於Röntgen發現X射線可以識別骨結構，因此X射線已用於醫學成像。第一個醫療用途是在他的有關該主題的論文後不到一個月。直到2010年，全世界都進行了50億次醫學成像檢查。 2006年醫學成像的輻射暴露約占美國總電離輻射暴露的50％。

投影X光片

投射X射線照相是使用X射線輻射產生二維圖像的實踐。骨骼含有高濃度的鈣，由於其相對較高的原子數，它有效地吸收了X射線。這減少了在骨骼陰影下到達檢測器的X射線量，使其在X光片上清晰可見。與組織相比，由於吸收較低，肺和捕獲的氣體也清楚地顯示出來，而組織類型之間的差異更難看見。

投射X光片可用於檢測骨骼系統的病理以及檢測軟組織中的某些疾病過程。一些值得注意的例子是非常常見的胸部X射線，可用於鑑定肺炎，肺癌或肺水腫，以及腹部X射線，可以檢測到腸道（或腸道）阻塞，自由空氣（來自內臟的穿孔）和自由液（腹水）。 X射線也可用於檢測病理學，例如膽結石（很少是放射線）或腎結石，通常（但並非總是）可見。傳統的普通X射線在大腦或肌肉等軟組織的成像中的有用不大。廣泛使用投影射線照片的一個區域是評估骨科植入物（例如膝蓋，臀部或肩部置換）如何與周圍骨相對於周圍的骨骼。可以從平原X光片的兩個維度中評估這一點，也可以在使用稱為“ 2d至3D註冊”的技術中以三個維度進行評估。據稱，這種技術否定了與評估普通X光片的植入物位置相關的投影錯誤。

牙齒X線照相術通常用於診斷常見的口腔問題，例如腔。

在醫學診斷應用中，低能（軟）X射線是不需要的，因為它們完全被人體吸收，增加了輻射劑量而不會導致圖像。因此，通常將薄的金屬板（通常稱為X射線過濾器）放在X射線管的窗戶上，吸收了光譜中的低能部分。這被稱為硬光束，因為它將光譜的中心移向更高的能量（或更硬）X射線。

為了生成心血管系統的圖像，包括動脈和靜脈（血管造影），拍攝了感興趣的解剖區域的初始圖像。然後將第二個圖像從同一區域拍攝，此前將碘化造影劑注射到該區域內的血管中。然後將這兩個圖像進行數字減去，僅留下僅碘對比的圖像，概述了血管。然後，放射科醫生或外科醫生將獲得的圖像與正常的解剖圖像進行比較，以確定血管是否有任何損壞或阻塞。

CT檢查

計算機斷層掃描（CT掃描）是一種醫學成像方式，其中層析成像圖像或人體特定區域的切片是從朝著不同方向拍攝的一系列二維X射線圖像獲得的。這些橫截面圖像可以合併為身體內部的三維圖像，並用於各種醫學學科的診斷和治療目的。

透視

熒光鏡檢查是醫生或放射治療師常用的成像技術，可通過使用熒光鏡來獲得患者內部結構的實時運動圖像。以最簡單的形式，熒光鏡由X射線源和熒光屏幕組成，其中放置患者。但是，現代熒光鏡將屏幕與X射線圖像增強器和CCD攝像機搭配，允許在顯示器上錄製並播放圖像。該方法可能使用對比度材料。例子包括心臟導管插入術（檢查冠狀動脈阻塞）和鋇吞嚥（檢查食管疾病和吞嚥疾病）。

放療

使用X射線作為治療方法稱為放射療法，主要用於治療（包括抑制）癌症。它需要比單獨成像的輻射劑量更高。 X射線束用於使用較低的能量X射線束治療皮膚癌，而較高的能量束則用於治療體內的癌症，例如腦，肺，前列腺和乳房。

不利影響

診斷X射線（主要是由於所使用的大劑量引起的CT掃描）增加了暴露患者發生髮育問題和癌症的風險。 X射線是電離輻射的一種形式，並被世界衛生組織的國際癌症研究機構和美國政府歸類為致癌。據估計，美國目前0.4％的癌症是由於過去進行的計算機斷層掃描（CT掃描），並且隨著2007年CT使用率，這可能會增加到高達1.5-2％。

實驗和流行病學數據當前不支持以下主張：輻射的閾值劑量以下沒有增加癌症的風險。但是，這是越來越多的懷疑。癌症風險可以從1100 MGY的暴露開始。據估計，診斷X射線的額外輻射將使人們在75歲時患癌症的平均累積風險增加0.6–3.0％。吸收輻射的量取決於X射線測試的類型和涉及的身體部位。與普通X射線相比，CT和熒光鏡需要更高的輻射劑量。

為了將增加的風險置於視角上，普通的胸部X射線將使一個人從背景輻射中暴露於每天在10天內暴露於（取決於位置）的背景輻射，而牙科X射線的暴露是大約等於環境背景輻射的1天。每種這樣的X射線將使終身癌症風險增加每100萬次。腹部或胸部CT相當於整個身體的背景輻射的2 - 3年，或4 - 5年的腹部或胸部，將終身癌症風險增加到每10,000，000的每1,000至1個。與美國公民一生中發展癌症大約40％的機會相比。例如，胸部CT掃描對軀幹的有效劑量約為5 msV，吸收劑量約為14 mgy。與對比劑進行一次進行一次的頭部CT掃描（1.5 msv，64 mGy），將等效於40年的背景輻射。由於使用方法取決於所使用的方法，因此由於CT引起的有效劑量的準確估計很難估計不確定性範圍約為±19％至±32％。

胎兒的輻射風險更大，因此在懷孕的患者中，調查的好處（X射線）應與對胎兒的潛在危害保持平衡。如果在9個月內進行1次掃描，則可能對胎兒有害。因此，懷孕的婦女超聲波將其作為診斷成像，因為這不使用輻射。如果輻射暴露過多，則可能會對母親的胎兒或生殖器官產生有害影響。在美國，估計每年進行6200萬次CT掃描，其中包括400萬名兒童。避免不必要的X射線（尤其是CT掃描）可降低輻射劑量和任何相關的癌症風險。

醫療X射線是人為輻射暴露的重要來源。 1987年，他們占美國人為來源的58％。由於人造的來源僅佔總輻射暴露的18％，其中大多數來自天然來源（82％），因此醫療X射線僅占美國總輻射總暴露的10％；整個醫療程序（包括核醫學）佔總輻射暴露的14％。然而，到2006年，美國的醫療程序的電離輻射比1980年代初期的電離輻射要多得多。 2006年，醫療接觸構成了美國人口總體總體輻射總暴露的幾乎一半。增加的增長是可以追溯到使用醫學成像程序的增長，特別是計算機斷層掃描（CT）以及核醫學使用的增長。

牙齒X射線造成的劑量取決於程序和技術（膠片或數字）。根據程序和技術，人類的單個牙科X射線導致暴露於0.5至4 MREM。一系列X射線的全嘴系列可能會導致高達6（數字）至18（膠片）MREM的暴露，每年的平均值高達40 mREM。

已證明經濟激勵措施對X射線使用有重大影響，這些醫生的使用費用為每種X射線付費，提供更多的X射線。

早期的光子斷層掃描或EPT（截至2015年）以及其他技術正在研究作為成像應用X射線的潛在替代方法。

其他用途

X射線的其他值得注意的用途包括：

• X射線晶體學記錄了X射線通過X射線通過緊密間隔原子在晶體中產生的模式，然後進行分析以揭示該晶格的性質。羅莎琳德·富蘭克林（Rosalind Franklin）使用了一種相關的技術，即纖維衍射，以發現DNA的雙螺旋結構。
• X射線天文學，是天文學的觀察分支，涉及對天體物體的X射線發射的研究。
• X射線顯微鏡分析，該分析使用軟X射線帶中的電磁輻射來產生非常小的物體的圖像。
• X射線熒光，一種在樣品中生成X射線並檢測到的技術。 X射線的傳出能量可用於識別樣品的組成。
• 工業放射線照相使用X射線檢查工業部件，尤其是焊縫。
• 文化物體的X射線攝影，最常見的是X射線繪畫，以揭示繪畫過程或以後的修復者的刺激性變化，有時甚至是先前的繪畫。許多顏料（例如鉛白色）在X光片中很好地顯示出來。
• X射線光譜鏡已用於分析繪畫中色素的反應。例如，在分析梵高繪畫中的顏色下降時。

• 包裝物品的身份驗證和質量控制。
• 工業CT （計算機斷層掃描），該過程使用X射線設備在外部和內部生產組件的三維表示。這是通過在許多方向上對掃描對象的投影圖像進行計算機處理來完成的。
• 機場安全行李掃描儀使用X射線檢查在裝載飛機之前，檢查行李內部是否有安全威脅。
• 邊境管制卡車掃描儀和國內警察局使用X射線檢查卡車內部。

• X射線藝術和美術攝影，X射線的藝術用途，例如StaneJagodič的作品
• X射線脫毛，這種方法在1920年代流行，但現在被FDA禁止。
• 1920年代普及了鞋子的熒光鏡，1960年代，1970年代在美國被禁止，後來在歐洲大陸被禁止。
• Roentgen立體指控法用於基於標記的植入來跟踪骨骼的運動
• X射線光電子光譜是一種化學分析技術，該技術依賴於通常在表面科學中使用的光電效應。
• 輻射內爆是使用裂變爆炸（ A炸彈）產生的高能量X射線，以壓縮核燃料到融合點火點（A -H-Bomb ）。

能見度

雖然通常被認為是人眼看不見的，但在特殊情況下，X射線可以看到。在Röntgen的Landmark 1895紙上的一段時間後，布蘭德斯在一段時間後不久，在黑暗改編後報導，將目光放在X射線管附近，看到了微弱的“藍灰色”光芒，似乎起源於眼睛本身。聽到此消息後，Röntgen回顧了他的唱片，發現他也看到了這種效果。當將X射線管放在木製門的另一側時，Röntgen指出了相同的藍色光芒，似乎從眼睛本身散發出來，但認為他的觀察結果是虛假的，因為他只看到了一種效果管子。後來，他意識到產生了效果的管是唯一能夠使光明可見的功能，此後很容易重複實驗。今天，X射線實際上對黑暗適應的肉眼看不到X射線的知識在很大程度上被遺忘了。這可能是由於希望不重複現在被視為魯ck危險且潛在的有害實驗的電離輻射實驗。目前尚不清楚眼中有什麼確切的機制產生可見性：這可能是由於常規檢測（視網膜中的視紫紅質分子的激發），視網膜神經細胞的直接激發或通過X射線誘導的次級檢測眼球中磷光的傳統視網膜檢測到次要產生的可見光。

儘管X射線否則看不見，但如果X射線束的強度足夠高，則可以看到空氣分子的電離。歐洲同步加速器輻射設施的Wiggler的梁線是如此高強度的一個例子。

度量和暴露單位

X射線電離能力的度量稱為暴露：

• 每公斤庫侖（c/kg）是電離輻射暴露的SI單位，是在一公斤物質中創建每種極性的一種庫侖所需的輻射量。
• Roentgen （R）是一個過時的傳統曝光單位，它代表了在一個立方厘米的干空氣中創建一個每極性的電荷的靜電單位所需的輻射量。 1 roentgen = 2.58 × 10 ^-4 c/kg 。

但是，電離輻射對物質（尤其是活組織）的影響與沈積到其中的能量的量更緊密相關，而不是產生的電荷。這種吸收的能量度量稱為吸收劑量：

• 灰色（GY）的單位（焦耳/公斤）是吸收劑量的SI單位，是將一個焦耳的能量用一公斤以任何類型物質的一公斤沉積的輻射量。
• RAD是（已過時的）相應的傳統單位，等於每公斤沉積的10毫2能量。 100 rad = 1灰色。

等效劑量是輻射對人體組織的生物學作用的度量。對於X射線，它等於吸收的劑量。

• Roentgen等效的人（REM）是等效劑量的傳統單位。對於X射線，它等於RAD ，或者換句話說，每公斤沉積的10毫2能量。 100 REM = 1 SV。
• Sievert （SV）是等效劑量和有效劑量的SI單位。對於X射線，“等效劑量”在數值上等於灰色（Gy）。 1 SV = 1 Gy。對於X射線的“有效劑量”，通常不等於灰色（GY）。

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