X射线

定义

X射线其实是一种波长很短的电磁波，波长大约0.01-10纳米。12

产生

产生X射线的最简单方法是用加速后的电子撞击金属靶。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，称之为轫致辐射。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0.1nm左右的光子（相当于3EHz的频率和12.4keV的能量）。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，此称为特性辐射7。

高速电子轰击靶时，与靶物质的相互作用过程是很复杂的。一些高速电子进入到靶物质原子核附近，在原子核的强电场作用下，速度的量值和方向都发生变化，一部分动能转化为X光子的能量(hv)辐射出去。这种辐射称为轫致辐射( bremsstrahlung)。一些高速电子进入靶物质原子内部，如果与某个原子的内层电子发生强烈相互作用，就有可能把一部分动能传递给这个电子，使它从原子中脱出，从而使原子内电子层出现一个空位，这个空位就会被更外层的电子跃迁填充，并在跃迁过程中发出一个X光子，而发出的X光子的能量等于两个能级的能量差，这种辐射称为特征（标识）辐射( characteristic radiation)2。

高速电子数击阳极时，上述两种辐射，电子动能转变为X射线的能量不到1%，而99%以上都转变为热能，从而使阳极温度升高。因此，阳极上直接受到电子轰击的区域，应该选用熔点高的物质。理论和实验表明，在同样速度和数目的电子轰击下，原子序数Z不同的各种物质做成的靶，所辐射X射线的光子总数或光子总能量是不同的，光子的总能量近乎与z的三次方成正比。所以,愈大则产生X射线的效率愈高。因此，在兼顾熔点高、原子序数大和其他些技术要求时，钨(Z=74)和它的合金是最适当的材料。如果需要波长较长的X射线，则采用较低的管电压，如乳房透视，这时用(Z=42)作为靶则更好一些。由于靶的发热量很大，所以阳极整体用导热系数较大的铜做成，受电子轰击的钨犯或，则镶嵌在阳极上，以便更好地导出和散发热量2。

应用

X射线诊断

X射线应用于医学诊断，主要依据X射线的穿透作用、差别吸收、感光作用和荧光作用。由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射线量比肌肉吸收的量要多，那么通过人体后的X射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱就有较大差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上（经过显影、定影）将显示出不同密度的阴影。根据阴影浓淡的对比，结合临床表现、化验结果和病理诊断，即可判断人体某一部分是否正常9。

工业领域

由于X射线具有很强的穿透力，除了在医学上用得到它，在工业上也用得着X射线来做工业探伤。X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光，故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测10。

危害与保护措施

——当X射线曝光时，工作人员应该站在控制板后面11。

——当病人需要扶或抱着时，工作人员要戴上铅裙和铅手套11。

——非放射室人员不得随便进入X光室，如果需要其他，人员在场当X射线曝光时，让他们也站在控制台后面11。

——当进行放射线操作时，可能会被X射线伤害，可戴上能测定照射量的遗光胶片，并定期检查遮光胶片11。

——只有接到医生或有资格的医务人员的X光拍片申请单，才拍照X光照片11。

X射线是可以引起伤害的。X射线是看不见、感觉不到的射线当人处于X射线射束之中时，也不会马上有感觉。常处于X光机周的操作者或反复被X射线检查的患者，对其健康会产生持久性的伤害，还应该记住，不仅X射线的直接射束能引起伤害，散在的X射线也有伤害性11。

当人进行X射线曝光时，X光管附近的任何地方都不安全，只有控制板的后面是安全的除病人之外，不允许其他任何人进入X光室，如果患者需要搀扶或病儿需要抱着进行X射线照射时，病儿的父母或扶病人的亲友，也必须穿戴铅裙，戴铅手套。当进行X射线光时，不要让医院不穿铅裙、不戴铅手套的护士或其他人员搀扶病人11。

由于病人并不经常进行X射线照射，而且只对病人身体的一小部分进行照射，因此病人受X射线的危害性非常小，但是要务必争取一次成功，这样可以免进行第二次X射线照射11。

X射线操作者、医生、护士常年累月在X光室工作，会受到X射线的危害，但是如果他们随时注意，按操作规程进行，X射线的危害是可以避免的11。

必须知道X射线是看不到，感觉不到的射线，对人体是会引起危害的11。

发现历史

德国维尔茨堡大学校长兼物理研究所所长伦琴教授（1845～1923年），在他从事阴极射线的研究时，发现了X射线4。

1895年11月8日傍晚，他研究阴极射线。为了防止外界光线对放电管的影响，也为了不使管内的可见光漏出管外，他把房间全部弄黑，还用黑色硬纸给放电管做了个封套。为了检查封套是否漏光，他给放电管接上电源（茹科夫线圈的电极），他看到封套没有漏光而满意。可是当他切断电源后，却意外地发现一米以外的一个小工作台上有闪光，闪光是从一块荧光屏上发出的。然而阴极射线只能在空气中进行几个厘米，这是别人和他自己的实验早已证实的结论。于是他重复刚才的实验，把屏一步步地移远，直到2米以外仍可见到屏上有荧光。伦琴认为这不是阴极射线了。伦琴经过反复实验，确信这是种尚未为人所知的新射线，便取名为X射线。他发现X射线可穿透千页书、2～3厘米厚的木板、几厘米厚的硬橡皮、15毫米厚的铝板等等。可是1.5毫米的铅板几乎就完全把X射线挡住了。他偶然发现X射线可以穿透肌肉照出手骨轮廓，于是有一次他夫人到实验室来看他时，他请她把手放在用黑纸包严的照相底片上，然后用X射线对准照射15分钟，显影后，底片上清晰地呈现出他夫人的手骨像，手指上的结婚戒指也很清楚。这是一张具有历史意义的照片，它表明了人类可借助X射线，隔着皮肉去透视骨骼。1895年12月28日伦琴向维尔茨堡物理医学学会递交了第一篇X射线的论文“一种新射线——初步报告”，报告中叙述了实验的装置，做法，初步发现的X射线的性质等等。X射线的发现，又很快地导致了一项新发现——放射性的发现4。

自伦琴发现X射线后，许多物理学家都在积极地研究和探索，1905年和1909年，巴克拉曾先后发现X射线的偏振现象，但对X射线究竟是一种电磁波还是微粒辐射，仍不清楚。1912年德国物理学家劳厄发现了X射线通过晶体时产生衍射现象，证明了X射线的波动性和晶体内部结构的周期性，发表了《X射线的干涉现象》一文6。

劳厄的文章发表不久，就引起英国布拉格父子的关注，老布拉格（WH.Bragg）已是利兹大学的物理学教授，而小布拉格（WL.Bragg）则刚从剑桥大学毕业，在卡文迪许实验室。由于都是X射线微粒论者，两人都试图用X射线的微粒理论来解释劳厄的照片，但他们的尝试未能取得成功。小布拉格经过反复研究，成功地解释了劳厄的实验事实。他以更简洁的方式，清楚地解释了X射线晶体衍射的形成，并提出了著名的布拉格方程：，这一结果不仅证明了小布拉格的解释的正确性，更重要的是证明了能够用X射线来获取晶体结构的信息6。

老布拉格则于1913年元月设计出第一台X射线分光计，并利用这台仪器，发现了特征X射线。小布拉格在用特征X射线分析了一些碱金属卤化物的晶体结构之后，与其父亲合作，成功地测定出了金刚石的晶体结构，并用劳厄法进行了验证。金刚石结构的测定说明了化学家长期以来认为的碳原子的四个键按正四面体形状排列的结论。这对尚处于新生阶段的X射线晶体学来说是一个非常重要的事件，它充分显示了X射线衍射用于分析晶体结构的有效性，使其开始为物理学家和化学家普遍接受6。

2023年，美国科研人员首次探测到了单个原子在X射线作用下产生的信号。这项研究由美国俄亥俄大学、阿尔贡国家实验室等机构进行，分别探测到了嵌在分子框架中的单个铁原子和单个铽原子的X射线信号。相关论文日前发表在英国《自然》杂志上。

分类

在电磁辐射波谐中，波长在0,001-2.5A范围的为X射线。按其波长利穿透力的不同又可分为两类：硬X-射线和软X-射线。硬X射线，波长较短为0.05-0.1A,穿透力强软X-射线，波长较长为0.1-0.5A，穿透力较弱8。

特性

物理特性

1、穿透作用。X射线因其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力。X射线穿透物质的能力与X射线光子的能量有关，X射线的波长越短，光子的能量越大，穿透力越强。X射线的穿透力也与物质密度有关，利用差别吸收这种性质可以把密度不同的物质区分开来5。

2、电离作用。物质受X射线照射时，可使核外电子脱离原子轨道产生电离。利用电离电荷的多少可测定X射线的照射量，根据这个原理制成了X射线测量仪器。在电离作用下，气体能够导电；某些物质可以发生化学反应；在有机体内可以诱发各种生物效应5。

3、荧光作用。X射线波长很短不可见，但它照射到某些化合物如磷、铂氰化钡、硫化锌镉、钨酸钙等时，可使物质发生荧光（可见光或紫外线），荧光的强弱与X射线量成正比。这种作用是X射线应用于透视的基础，利用这种荧光作用可制成荧光屏，用作透视时观察X射线通过人体组织的影像，也可制成增感屏，用作摄影时增强胶片的感光量5。

4、热作用。物质所吸收的X射线能大部分被转变成热能，使物体温度升高5。

5、干涉、衍射、反射、折射作用。这些作用在X射线显微镜、波长测定和物质结构分析中都得到应用5。

化学特性

1、感光作用。X射线同可见光一样能使胶片感光。胶片感光的强弱与X射线量成正比，当X射线通过人体时，因人体各组织的密度不同，对X射线量的吸收不同，胶片上所获得的感光度不同，从而获得X射线的影像5。

2、着色作用。X射线长期照射某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，可使其结晶体脱水而改变颜色5。

生物特性

X射线照射到生物机体时，可使生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变。不同的生物细胞，对X射线有不同的敏感度，可用于治疗人体的某些疾病，特别是肿瘤的治疗。在利用X射线的同时，人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍，白血病等射线伤害的问题，在应用X射线的同时，也应注意其对正常机体的伤害，注意采取防护措施5。