X射线

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X射线（又被称为爱克斯射线、伦琴射线或X光）是一种波长范围在0.001纳米到10纳米之间（对应频率范围30 PHz到3EHz)）的电磁辐射形式。X射线最初用于医学成像诊断和 X射线结晶学。X射线也是电离性辐射等这一类对人体有危害的射线。

[编辑] 历史

早期X射线重要的研究者有Ivan Pului教授、威廉·克鲁克斯爵士、约翰·威廉·希托夫、Eugene Goldstein、海因里希·魯道夫·赫茲、菲利普·莱纳德、亥姆霍茨、尼古拉·特斯拉、爱迪生、Charles Glover Barkla、馬克思·馮·勞厄和威廉·康拉德·伦琴.

一台水冷X射线管的图纸 (简化/废弃)

物理学家希托夫观察到真空管中的阴极发出的射线。当这些射线遇到玻璃管壁会产生荧光。1876年这种射线被Eugene Goldstein命名为"阴极射线" 。随后，英国物理学家克鲁克斯研究稀有气体里的能量释放，并且制造了克鲁克斯管。这是一种玻璃真空管，内有可以产生高电压的电极。他还发现，当将未曝光的相片底片靠近这种管时，一些部分被感光了，但是他没有继续研究这一现象。1887年4月，尼古拉·特斯拉开始使用自己设计的高电压真空管与克鲁克斯管研究X光。他发明了单电极X光管，在其中电子穿过物质，发生了现在叫做韧致辐射的效应，生成高能X光射线。1892年特斯拉完成了这些实验，但是他并没有使用X光这个名字，而只是笼统成为放射能。他继续进行实验，并提醒科学界注意阴极射线对生物体的危害性，并他没有公开自己的实验成果。1892年赫兹进行实验，提出阴极射线可以穿透非常薄的金属箔。赫兹的学生倫納德进一步研究这一效应，对很多金属进行了实验。亥姆霍兹则对光的电磁本性进行了数学推导。

伦琴拍摄的一張X射线照片，伦琴夫人的手骨与戒指

1895年11月8日德国科学家伦琴开始进行阴极射线的研究。1895年12月28日他完成了初步的实验报告“一种新的射线”。他把这项成果发布在維爾茨堡's Physical-Medical Society 杂志上. 为了表明这是一种新的射线，伦琴采用表示未知数的X来命名。很多科学家主张命名为伦琴射线，伦琴自己坚决反对，但是这一名称仍然有人使用。1901年伦琴获得诺贝尔物理学奖。

1895年爱迪生研究了材料在X光照射下发出荧光的能力，发现钨酸钙最为明显。1896年3月爱迪生发明了荧光观察管，后来被用于医用X光的检验。然而1903年爱迪生终止了自己对X光的研究。因为他公司的一名玻璃工人喜欢将X光管放在手上检验，得上了癌症，尽管进行了截肢手术仍然没能挽回生命。1906年物理学家贝克勒耳发现X射线能够被气体散射，并且每一种元素有其特征X谱线。他因此获得了1917年诺贝尔物理学奖.

在20世纪80年代，X射线激光器被设置为罗纳德·里根总统的战略主动防御计划的一部分。然而对该装置（一种类似激光炮，或者死亡射线的装置，由热核反应提供能量）最初的、同时也是仅有的试验并没有给出结论性的结果。同时，由于政治和技术的原因，整体的计划（包括X射线激光器）被搁置了（然而该计划后来又被重新启动——使用了不同的技术，并作为布什总统国家导弹防御计划的一部分）。

在20世纪90年代，哈佛大学建立了Chandra X射线天文台，用来观测宇宙中强烈的天文现象中产生的X射线。与从可见光观测到的相对稳定的宇宙不同，从X射线观测到的宇宙是不稳定的。它向人们展示了恒星如何被黑洞绞碎，星系间的碰撞，超新星，中子星（that build up layers of plasma that then explode into space）。

[编辑] X射线的产生

X射线波长略大于0.5纳米的被称作软X射线。波长短于0.1纳米的叫做硬X射线。硬X射线与波长长的(低能量)伽马射线范围重叠，二者的区别在于辐射源，而不是波长：X射线光子产生于高能电子加速，伽马射线则来源于原子核衰变.

产生X射线的最簡單方法是用加速后的電子撞击金属靶。撞击过程中，电子突然减速，其损失的动能会以光子形式放出，形成X光光谱的连续部分，稱之為制動輻射。通过加大加速电压，电子携带的能量增大，则有可能将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴，外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出波长在0.1纳米左右的光子。由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的，所以放出的光子的波长也集中在某些部分，形成了X光谱中的特征线，此稱為特性輻射。

[编辑] 探测器

X射线的探测可基于多种方法. 最普通的一种方法叫做照相底板法,这种方法在医院里经常使用. 將一片照相底片放置於人體後,X射線穿過人體內軟組織(皮膚及器官)後會照射到底片,令這些部位於底片經顯影後顯示成白色；X射線無法穿過人體內的硬組織,如骨或其他被注射含鋇或碘的物質,底片於顯影後會保留黑色. 另一方法是使用螢光版,例如碘化鈉(NaI)。這些方法只能顯示出X射線的光子密度,但無法顯示出X射線的光子能量.

目前普遍认为人眼是看不见X光的, 而且几乎所有的X光的使用者都认为这是事实。然而严格的说，这实际上是不正确的。在特殊的情况下，肉眼实际上是可以看见X光的.

[编辑] X射线衍射

在晶体学研究上，劳厄发现了X射线通过晶体之后产生的衍射现象，即X光衍射。布拉格则使用布拉格定律对衍射关系进行了定量的描述。

[编辑] 医学用途

Image:Dental x-ray.jpg

X射线能够显示骨头和牙齿的细节

自从伦琴发现X射线可以显示人的骨骼结构，他就被应用于医学成像.。放射医学是医学的一个专门领域，它使用放射线照相术和其他技术产生诊断图像。的确，这可能是 X射线技术应用最广泛的地方。

X射線的用途主要是探測骨骼的病變，但對於探測軟組織之病變亦相當有用。常見的例子有胸腔X射線，用來診斷肺部疾病，如肺炎，肺癌或肺氣腫；而腹腔X射線則用來檢測腸道梗塞，自由氣體(free air, 由於內臟穿孔)及自由液體(free fluid)。某些情況下，使用X射線診斷還存在爭議，例如結石（對X射線幾乎沒有阻擋效應）或腎結石（一般可見，但並不總是可見）。此外，傳統純X射線較少用於大腦或肌肉（雖然也是軟組織)之顯像）。這類軟組織大多採用電腦斷層掃描(CT掃描)，核磁共振成像(MRI)或醫學超聲波檢查法。