X射線

X射線( X-ray )，是由於原子中的電子在能量相差懸殊的兩個能級之間的躍遷而產生的粒子流，是波長介於紫外線和γ射線之間的電磁輻射。其波長很短約介於0.01~100埃之間。由德國物理學家W.K.倫琴於1895年發現，故又稱倫琴射線。

X射線
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倫琴射線具有很高的穿透本領，能透過許多對可見光不透明的物質，如墨紙、木料等。這種肉眼看不見的射線可以使很多固體材料發生可見的熒光，使照相底片感光以及空氣電離等效應。波長小於0.1埃的稱超硬X射線，在0.1~1埃範圍內的稱硬X射線，1~100埃範圍內的稱軟X射線。

X射線最初用於醫學成像診斷和 X射線結晶學。X射線也是游離輻射等這一類對人體有危害的射線。

2017年10月27日，世界衛生組織國際癌症研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，X射線和伽馬射線輻射在一類致癌物清單中。

目錄

基本信息

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中文名稱：X射線

外文名稱：X-ray

其他名稱：倫琴射線、X光

學 科：核物理、核化學

發現者：尼古拉·特斯拉以及W.K.倫琴

發現時間：1895年11月8日

特 征：波長非常短，頻率很高

波長範圍：0.001納米到10納米

頻率範圍：30 PHz到30EHz

發現歷史

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德國維爾茨堡大學校長兼物理研究所所長倫琴教授(1845~1923年)，在他從事陰極射線的研究時，發現了X射線。

威廉·康拉德·倫琴於1845年生於德國累內普.和其他物理學大師不一樣，他最初只是技校畢業生。由於努力學習，倫琴十九歲那年又讀上大學專科，然後當上物理學助教，繼而成為編外講師。在講資力、文憑的學術界，他沒有因自己學歷不高而妄自菲薄，反而更努力地學習和突破。倫琴在溫差電、光化學、壓電現象、熱傳導和偏振光傳導等領域做出了不少貢獻而受到重視，被破格聘為物理學教授.當然，他的最大貢獻在於發現了X射線。

1895年，五十歲的倫琴已是德國維爾茨堡大學教授.一天夜晚，他做陰極射線的實驗.倫琴把陰極射線管用黑紙嚴密地圍起來，然後關閉窗門，接通電源，想檢查黑紙是否漏光.室內一片漆黑，黑紙沒有漏光，使他很滿意.他正要做進一步的實驗時，卻發現塗着鉑氰化鋇的屏幕上，閃爍着黃綠色的熒光.這使他很驚訝，立即切斷了電源，那熒光也就消失了.可是當射線管一通電，那熒光也就又出現了.

是什麼東西使得鉑氰化鋇發光呢?射線管里有什麼東西放出來呢?倫琴試着用一本書放在射線管和屏幕之間.一通電，屏幕照樣發熒光.他又試着用木頭、玻璃、硬橡膠等作為阻擋物，但都無法阻斷屏幕上的熒光。

那時候，全世界的科學家都認為，原子是構成物質最基本的單位，根本不知道原子內部還有結構，可以發出射線.倫琴當然也不例外。可眼前的實驗卻提示原子內部有某種未知的射線放出，而且一般物質無法阻擋這種射線。這是什麼射線呢?倫琴陷入了沉思之中。「這真是一種神奇的射線.這到底是什麼射線呢?」「這是一種未知的射線.這是X.」「對，就叫它X射線吧。」

一個多月後，倫琴的論文《一種新的射線》發表了。1896年，在柏林的物理學年會上，倫琴展示了這張照片，並當場進行了表演，立刻引起了參加會議的學者的重視.消息迅速傳遍了全世界，美國有一家醫院就用倫琴發現的X射線為一位受槍傷的病人作子彈定位，順利地取出了體內的子彈。三個月後，在維也納，醫生開始用X光拍片。很快，全世界颳起了一股X射線熱。後來，X射線被進一步應用到金屬探傷、晶體研究等方面。

X射線的發現，不僅只有實用方面的功能，還提示了在原子內部有着複雜的結構。科學家盧瑟福、居里夫人等科學家的研究也從中獲得了啟示，倫琴的發現可以說開創了原子物理學的新時代。

1901年12月10日，瑞典皇家學院把世界上第一枚諾貝爾物理學獎章、證書和獎金，授予倫琴這位傑出的科學家。

產生原理

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X射線是一種電磁波，是電磁波譜中的一部分。根據倫琴當時的實驗，他之所以能獲得X射線，就是因為它的實驗產生了一種輻射，即X射線的產生機制之一，韌致輻射。

電子受原子核吸引時彎曲，從而產生了韌致輻射。韌致輻射(bremsstrahlung)也叫剎車輻射，所以大家可以想象出來這種輻射跟減速有關。具體是什麼東西的減速呢?在倫琴的實驗中就是電子，更普遍地說應該是帶電粒子。根據經典電動力學的知識，帶電粒子在加速或減速過程中必然伴隨着輻射。如果帶電粒子與原子或原子核相撞，速度必然驟減，由此過程伴隨着的輻射就是韌致輻射 ，這種輻射便會產生X射線。

分類

輻射分類

軔致輻射：當高速電子流撞擊陽極靶受到制動時，電子在原子核的強電場作用下，速度的量值和方向都發生急劇的變化，一部分動能轉化為光子的能量而輻射出去，這就是軔致輻射。

x射線管在管電壓較低的時，被靶阻擋的電子的能量不越過一定限度，只發射連續光譜的輻射。

特徵輻射：一種不連續的，它只有幾條特殊的線狀光譜，這種發射線狀光譜的輻射叫做特徵輻射，特徵光譜和靶材料有關。

波長分類

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名稱	管電壓(kv)	最短波長(nm)	主要用途
極軟X射線	5~20	0.25~0.062	軟組織攝影、表皮治療
軟X射線	20~100	0.062~0.012	透視和攝影
硬X射線	100~250	0.012~0.005	較深組織治療
極硬X射線	250以上	0.005以下	深部組織治療

特性

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物理效應

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。（左圖為X射線行李檢查儀）

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、熒光作用。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，可使物質發生熒光（可見光或紫外線），熒光的強弱與X射線量成正比。這種作用是X射線應用於透視的基礎，利用這種熒光作用可製成熒光屏，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應用。

化學效應

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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、着色作用。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。

生物效應

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（右圖為治療腫瘤的X刀）。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，在應用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。

應用

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X射線應用於醫學診斷，主要依據X射線的穿透作用、差別吸收、感光作用和熒光作用。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，那麼通過人體後的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，在熒光屏上或攝影膠片上引起的熒光作用或感光作用的強弱就有較大差別，因而在熒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。

在機場，X 射線被用於檢查旅客的行李中是否帶有危險品。當包裹通過機器時，屏幕上就會顯示出包裹里裝的什麼東西。所以大家在坐飛機時一定要注意不要帶危險品，這樣可以避免許多不必要的麻煩。

在古代埃及，為了防止屍體的腐爛，人們用布把屍體包裹起來。大家應該都知道這些被布包起來的屍體叫做木乃伊，現代科學家可以通過X射線觀察到布條屍體的內部，對科學研究提供了相當大的輔助作用。

另外在工業上X射線也有相當大的作用，可以用來做工業探傷，就是用來檢查生產出來的新的金屬部件有沒有砂眼、裂紋、瑕疵等容易被人類忽略的問題。大大提高了工業社會的發展，使科技產品更加精細，好用。

對人體的危害

X射線的電離輻射，對人體是有損傷的，接觸射線的時間越長，致病的危險性就越大，例如拍胸片、透視或者做CT等等。如果長時間的接觸X射線，因為x射線的輻射劑量可以在身體內累積，所以就會大量的破壞人體的白細胞，使人體血液中的白細胞數量減少，進而導致機體免疫功能下降，使病原微生物容易侵入機體而發生疾病，特別是胎兒和小孩對x射線非常敏感。所以，孕婦和嬰幼兒、兒童儘量避免或減少x射線方面的檢查。

相關視頻

1、X射線是如何產生的？

2、X射線的發現過程