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歷史

早期X射線重要的研究者有Ivan Pului教授、威廉·克魯克斯爵士、約翰·威廉·希托夫、歐根·戈爾德斯坦、海因里?！?shù)婪颉ず掌?、菲利普·萊納德、亥姆霍茲、尼古拉·特斯拉、愛迪生、查爾斯·巴克拉、馬克思·馮·勞厄和威廉·倫琴。

一臺水冷X射線管的圖紙（簡化／過時）

1869年物理學(xué)家約翰·威廉·希托夫觀察到真空管中的陰極發(fā)出的射線。當(dāng)這些射線遇到玻璃管壁會產(chǎn)生熒光。1876年這種射線被歐根·戈爾德斯坦命名為“陰極射線”。隨后，英國物理學(xué)家克魯克斯研究稀有氣體里的能量釋放，并且制造了克魯克斯管。這是一種玻璃真空管，內(nèi)有可以產(chǎn)生高電壓的電極。他還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將未的相片底片靠近這種管時，一些部分被感光了，但是他沒有繼續(xù)研究這一現(xiàn)象。1887年4月，尼古拉·特斯拉開始使用自己設(shè)計的高電壓真空管與克魯克斯管研究X射線。他發(fā)明了單電極X射線管，在其中電子穿過物質(zhì)，發(fā)生了現(xiàn)在叫做軔致輻射的效應(yīng)，生成高能X射線射線。1892年特斯拉完成了這些實驗，但是他并沒有使用X射線這個名字，而只是籠統(tǒng)成為放射能。他繼續(xù)進(jìn)行實驗，并提醒科學(xué)界注意陰極射線對生物體的危害性，但他沒有公開自己的實驗成果。1892年赫茲進(jìn)行實驗，提出陰極射線可以穿透非常薄的金屬箔。赫茲的學(xué)生倫納德進(jìn)一步研究這一效應(yīng)，對很多金屬進(jìn)行了實驗。亥姆霍茲則對光的電磁本性進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

倫琴拍攝的一張X射線照片，倫琴夫人的手骨與戒指

1895年11月8日德國科學(xué)家倫琴開始進(jìn)行陰極射線的研究。1895年12月28日他完成了初步的實驗報告“一種新的射線”。他把這項成果發(fā)布在維爾茨堡的Physical-Medical Society雜志上。為了表明這是一種新的射線，倫琴采用表示未知數(shù)的X來命名。很多科學(xué)家主張命名為倫琴射線，倫琴自己堅決反對，但是這一名稱直至今日仍然被廣泛使用，尤其在德語國家。1901年倫琴獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

1895年愛迪生研究了材料在X射線照射下發(fā)出熒光的能力，發(fā)現(xiàn)鎢酸鈣最為明顯。1896年3月愛迪生發(fā)明了熒光觀察管，后來被用于醫(yī)用X射線的檢驗。然而1903年愛迪生終止了自己對X射線的研究，因為他公司的一名玻璃工人喜歡將X射線管放在手上檢驗，最后得了癌癥，盡管進(jìn)行了截肢手術(shù)仍然沒能挽回生命。巴克拉發(fā)現(xiàn)X射線能夠被氣體散射，并且每一種元素有其特征X譜線。他因此獲得了1917年諾貝爾物理學(xué)獎。

在20世紀(jì)80年代，X射線激光器被設(shè)置為羅納德·里根總統(tǒng)的戰(zhàn)略主動防御計劃的一部分。然而對該裝置（一種類似激光炮，或者死亡射線的裝置，由熱核反應(yīng)提供能量）最初的、同時也是僅有的試驗并沒有給出結(jié)論性的結(jié)果。同時，由于政治和技術(shù)的原因，整體的計劃（包括X射線激光器）被擱置了（然而該計劃后來又被重新啟動——使用了不同的技術(shù)，并作為布什總統(tǒng)國家導(dǎo)彈防御計劃的一部分）。

在20世紀(jì)90年代，哈佛大學(xué)建立了Chandra X射線天文臺，用來觀測宇宙中強(qiáng)烈的天文現(xiàn)象中產(chǎn)生的X射線。與從可見光觀測到的相對穩(wěn)定的宇宙不同，從X射線觀測到的宇宙是不穩(wěn)定的。它向人們展示了恒星如何被黑洞絞碎，星系間的碰撞，超新星和中子星。

X射線的產(chǎn)生

X射線波長略大于0.5nm的被稱作 軟X射線 。波長短于0.1nm的叫做 硬X射線 。硬X射線與波長長的（能量小）伽馬射線范圍重疊，二者的區(qū)別在于輻射源，而不是波長：X射線光子產(chǎn)生于高能電子加速，伽馬射線則來源于原子核衰變。

產(chǎn)生X射線的最簡單方法是用加速后的電子撞擊金屬靶。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射線光譜的連續(xù)部分，稱之為制動輻射。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(nèi)層電子撞出。于是內(nèi)層形成空穴，外層電子躍遷回內(nèi)層填補(bǔ)空穴，同時放出波長在0.1納米左右的光子。由于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射線譜中的特征線，此稱為特性輻射。

此外，高強(qiáng)度的X射線亦可由同步加速器或自由電子激光產(chǎn)生。同步輻射光源，具有高強(qiáng)度、連續(xù)波長、光束準(zhǔn)直、極小的光束截面積并具有時間脈波性與偏振性，因而成為科學(xué)研究最佳之X射線光源。

探測器

X射線的探測可基于多種方法。最普通的一種方法叫做照相底板法，這種方法在醫(yī)院里經(jīng)常使用。將一片照相底片放置于人體后方，X射線穿過人體內(nèi)軟組織（皮膚及器官）后會照射到底片，令這些部位于底片經(jīng)顯影后保留黑色；X射線無法穿過人體內(nèi)的硬組織，如骨或其他被注射含鋇或碘的物質(zhì)，底片于顯影后會顯示成白色。光激影像板（image plate）因容易數(shù)字化，在少部分醫(yī)院已取代傳統(tǒng)底片。另一方法是利用X射線照射在特定材質(zhì)上以產(chǎn)生熒光，例如碘化鈉（NaI）?？茖W(xué)研究上，除了使用X射線CCD，也利用X射線游離氣體的特性，使用氣體游離腔做為X射線強(qiáng)度之偵測。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。X射線光子的能量通常以晶體使X射線衍射再依布拉格定律計算出。

X射線衍射

在晶體學(xué)研究上，勞厄發(fā)現(xiàn)了X射線通過晶體之后產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象，即X射線衍射。布拉格則使用布拉格定律對衍射關(guān)系進(jìn)行了定量的描述。

醫(yī)學(xué)用途

X射線下的六指手掌

倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后僅僅幾個月時間內(nèi)，它就被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像。1896年2月，蘇格蘭醫(yī)生 約翰·麥金泰爾 （ 英語 ： John Macintyre ） 在格拉斯哥 皇家醫(yī)院 （ 英語 ： Glasgow Royal Infirmary ） 設(shè)立了世界上第一個放射科。

放射醫(yī)學(xué)是醫(yī)學(xué)的一個專門領(lǐng)域，它使用放射線照相術(shù)和其他技術(shù)產(chǎn)生診斷圖像。的確，這可能是X射線技術(shù)應(yīng)用最廣泛的地方。X射線的用途主要是探測骨骼的病變，但對于探測軟組織的病變也相當(dāng)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，由于內(nèi)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(jié)石（對X射線幾乎沒有阻擋效應(yīng)）或腎結(jié)石（一般可見，但并不總是可見）。

借助計算機(jī)，人們可以把不同角度的X射線影像合成成三維圖像，在醫(yī)學(xué)上常用的電腦斷層掃描（CT掃描）就是基于這一原理。

X射線穿透能力與其頻率有關(guān)，利用其容易被高原子序數(shù)材料吸收的特點，防護(hù)上一般可用2-3mm左右的鉛板加以屏蔽。

美國 艾伯特.C.蓋瑟 （ 英語 ： Albert C. Geyser ） 曾利用X射線制造出美容除毛機(jī)并建立崔可公司 ，但因為輻射使他罹患癌癥，最后為避免癌癥擴(kuò)散，他切除了右手，而X射線的美容除毛機(jī)也導(dǎo)致數(shù)百萬名婦女出現(xiàn)皺紋、色斑、感染、潰瘍，甚至皮膚癌等癥狀 。

參考文獻(xiàn)

來源

電離輻射

x射線

參見

X射線晶體學(xué)

X射線天文學(xué)

X射線光學(xué)

X射線吸收光譜

X射線機(jī)

X射線顯微術(shù)

蓋革計數(shù)器

N射線

同步輻射光源

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