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X光
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'''X光'''（{{lang-en|'''X-ray'''}}），又被称为'''艾克斯[[射线]]'''、'''伦琴射线'''或'''X射线'''，是一种[[波长]]范围在0.01[[纳米]]到10纳米之间（对应频率范围的[[电磁辐射]]形式。X射线最初用于[[医学成像]]诊断和[[X光散射技術|X射线学]]。X射线也是[[游離輻射]]等这一类对人体有危害的射线。
X射線[[波長]]範圍在較短處與[[伽馬射線]]較長處重疊。
== 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、[[欧根·戈尔德斯坦]]、[[海因里希·魯道夫·赫茲]]、[[菲利普·莱纳德]]、[[亥姆霍兹]]、[[尼古拉·特斯拉]]、[[爱迪生]]、[[查爾斯·巴克拉]]、[[馬克思·馮·勞厄]]和[[威廉·伦琴]]。
1869年物理学家约翰·威廉·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[[欧根·戈尔德斯坦]]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]]裡的能量释放，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[[轫致辐射]]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，但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。
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]]的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，但是这一名称直至今日仍然被广泛使用，尤其在德语国家。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-{zh-hans:发; zh-hant:發;}-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，最後得了癌症，尽管进行了截肢手术仍然没能挽回生命。巴克拉发现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[[乔治·赫伯特·沃克·布什|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[http://chandra.harvard.edu/ 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]]和[[中子星]]。
== X射线的产生 ==
X射线波长略大于0.5 [[nm]]的被称作'''软X射线'''。波长短于0.1 [[nm]]的叫做'''硬X射线'''。硬X射线与波长长的（能量小）[[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]]。
此外，高強度的X射線亦可由[[同步加速器]]或[[自由電子雷射]]產生。[[同步輻射]]光源，具有高強度、連續波長、光束準直、極小的光束截面積並具有時間脈波性與偏振性，因而成為科學研究最佳之X光光源。..
== 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]]放置於人體後方，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]]經顯影後保留黑色；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]]於顯影後會顯示成白色。[[光激影像板]]（[[:en:image plate]]）因容易數位化，在少部分醫院已取代傳統底片。另一方法是利用X光照射在特定材質上以產生[[螢光]]，例如碘化鈉（NaI）。科學研究上，除了使用X光[[CCD]]，也利用X光[[電離|游離]][[氣體]]的特性，使用氣體游離腔做為X光強度之偵測。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光光子的能量通常以[[結晶|晶體]]使X光[[繞射]]再依[[布拉格定律]]计算出。
== 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。[[威廉·劳伦斯·布拉格|布拉格]]则使用布拉格定律对衍射关系进行了定量的描述。
== 医学用途 ==
[[伦琴]]发现X射线后仅仅几个月时间内，它就被应用于[[医学影像]]。1896年2月，[[苏格兰]]医生{{link-en|约翰·麦金泰尔|John Macintyre}}在[[格拉斯哥]]{{link-en|格拉斯哥皇家医院|Glasgow Royal Infirmary|皇家医院}}设立了世界上第一个放射科。
[[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射线的用途主要是探测[[骨骼]]的病变，但对于探测[[软组织]]的病变也相当有用。常见的例子有胸腔X射线，用来诊断肺部疾病，如[[肺炎]]、[[肺癌]]或[[肺气肿]]；而腹腔X射线则用来检测[[肠道梗塞]]，自由气体（free air，由于內臟穿孔）及自由液体（free fluid）。某些情況下，使用X射线诊断还存在争议，例如[[结石]]（对X射线几乎没有阻挡效应）或[[肾结石]]（一般可见，但并不总是可见）。
借助计算机，人们可以把不同角度的X射线影像合成成三维图像，在医学上常用的[[电脑断层扫描]]（CT扫描）就是基于这一原理。
X射线穿透能力与其频率有关，利用其容易被高原子序数材料吸收的特点，防护上一般可用2-3mm左右的铅板加以屏蔽。
美國{{link-en|艾伯特.C.蓋瑟|Albert C. Geyser}}曾利用X射線製造出美容除毛機並建立崔可公司<ref>Herzig, Rebecca "The Matter of Race in Histories of American Technology" in ''Technology and the African-American Experience''</ref>，但因為輻射使他罹患癌症，最後為避免癌症擴散，他切除了右手，而X射線的美容除毛機也導致數百萬名婦女出現皱纹、色斑、感染、溃疡，甚至皮肤癌等症狀<ref>[http://discovery.163.com/09/0220/11/52JELAE0000125LI.html 80年前的X射线致癌事件]</ref>。
{{ #evt:service=youtube|id= https://www.youtube.com/watch?v=RJesrgG8siU ||dimensions=590|container=frame |alignment=left|description= 螢光透視 (X光) 的原理是什麼 }}
== 参考文献 ==
=== 引用 ===
{{Reflist|2}}
'''X光'''（{{lang-en|'''X-ray'''}}），又被称为'''艾克斯[[射线]]'''、'''伦琴射线'''或'''X射线'''，是一种[[波长]]范围在0.01[[纳米]]到10纳米之间（对应频率范围的[[电磁辐射]]形式。X射线最初用于[[医学成像]]诊断和[[X光散射技術|X射线学]]。X射线也是[[游離輻射]]等这一类对人体有危害的射线。
X射線[[波長]]範圍在較短處與[[伽馬射線]]較長處重疊。
== 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、[[欧根·戈尔德斯坦]]、[[海因里希·魯道夫·赫茲]]、[[菲利普·莱纳德]]、[[亥姆霍兹]]、[[尼古拉·特斯拉]]、[[爱迪生]]、[[查爾斯·巴克拉]]、[[馬克思·馮·勞厄]]和[[威廉·伦琴]]。
1869年物理学家约翰·威廉·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[[欧根·戈尔德斯坦]]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]]裡的能量释放，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[[轫致辐射]]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，但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。
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]]的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，但是这一名称直至今日仍然被广泛使用，尤其在德语国家。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-{zh-hans:发; zh-hant:發;}-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，最後得了癌症，尽管进行了截肢手术仍然没能挽回生命。巴克拉发现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[[乔治·赫伯特·沃克·布什|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[http://chandra.harvard.edu/ 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]]和[[中子星]]。
== X射线的产生 ==
X射线波长略大于0.5 [[nm]]的被称作'''软X射线'''。波长短于0.1 [[nm]]的叫做'''硬X射线'''。硬X射线与波长长的（能量小）[[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]]。
此外，高強度的X射線亦可由[[同步加速器]]或[[自由電子雷射]]產生。[[同步輻射]]光源，具有高強度、連續波長、光束準直、極小的光束截面積並具有時間脈波性與偏振性，因而成為科學研究最佳之X光光源。..
== 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]]放置於人體後方，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]]經顯影後保留黑色；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]]於顯影後會顯示成白色。[[光激影像板]]（[[:en:image plate]]）因容易數位化，在少部分醫院已取代傳統底片。另一方法是利用X光照射在特定材質上以產生[[螢光]]，例如碘化鈉（NaI）。科學研究上，除了使用X光[[CCD]]，也利用X光[[電離|游離]][[氣體]]的特性，使用氣體游離腔做為X光強度之偵測。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光光子的能量通常以[[結晶|晶體]]使X光[[繞射]]再依[[布拉格定律]]计算出。
== 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。[[威廉·劳伦斯·布拉格|布拉格]]则使用布拉格定律对衍射关系进行了定量的描述。
== 医学用途 ==
[[伦琴]]发现X射线后仅仅几个月时间内，它就被应用于[[医学影像]]。1896年2月，[[苏格兰]]医生{{link-en|约翰·麦金泰尔|John Macintyre}}在[[格拉斯哥]]{{link-en|格拉斯哥皇家医院|Glasgow Royal Infirmary|皇家医院}}设立了世界上第一个放射科。
[[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射线的用途主要是探测[[骨骼]]的病变，但对于探测[[软组织]]的病变也相当有用。常见的例子有胸腔X射线，用来诊断肺部疾病，如[[肺炎]]、[[肺癌]]或[[肺气肿]]；而腹腔X射线则用来检测[[肠道梗塞]]，自由气体（free air，由于內臟穿孔）及自由液体（free fluid）。某些情況下，使用X射线诊断还存在争议，例如[[结石]]（对X射线几乎没有阻挡效应）或[[肾结石]]（一般可见，但并不总是可见）。
借助计算机，人们可以把不同角度的X射线影像合成成三维图像，在医学上常用的[[电脑断层扫描]]（CT扫描）就是基于这一原理。
X射线穿透能力与其频率有关，利用其容易被高原子序数材料吸收的特点，防护上一般可用2-3mm左右的铅板加以屏蔽。
美國{{link-en|艾伯特.C.蓋瑟|Albert C. Geyser}}曾利用X射線製造出美容除毛機並建立崔可公司<ref>Herzig, Rebecca "The Matter of Race in Histories of American Technology" in ''Technology and the African-American Experience''</ref>，但因為輻射使他罹患癌症，最後為避免癌症擴散，他切除了右手，而X射線的美容除毛機也導致數百萬名婦女出現皱纹、色斑、感染、溃疡，甚至皮肤癌等症狀<ref>[http://discovery.163.com/09/0220/11/52JELAE0000125LI.html 80年前的X射线致癌事件]</ref>。
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== 参考文献 ==
=== 引用 ===
{{Reflist|2}}