X射線

X射線是一種波長極短，能量很大的電磁波，X射線的波長比可見光的波長更短(約在0.001～10納米，醫學上應用的X射線波長約在0.001～0.1 納米之間)，它的光子能量比可見光的光子能量大幾萬至幾十萬倍 。 由德國物理學家W.K.倫琴于1895年發現，故又稱倫琴射線。

x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。X射線最初用于醫學成像診斷和 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癥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。

發現歷史

最早發現X射線是特斯拉，特斯拉制定了許多實驗來產生X射線。特斯拉認為用他的電路，“我的儀器可以產生的愛克斯光（即X射線）的能量比一般儀器可以產生的要大的多。”

他還談到用他的電路和單節點X射線產生設備在工作時的危害。在他許多調查這種現象的記錄中，他歸結了導致皮膚損傷的許多原因。他認為早期的皮膚損傷并不是X射線所引起的，而是臭氧的產生與皮膚接觸，和一些亞硝酸接觸所致。特斯拉錯誤地認為X射線是由分離的粒子組成的。

特斯拉完成了一些實驗，并先于倫琴證實了他的發現（包括拍攝他的手的X射線照片，之后他將照片寄給了倫琴），但沒有使他的發現眾所周知，他的大部分研究資料在1895年3月的第五大道一次實驗室大火中給燒毀了。

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。

1895年11月8日傍晚，他研究陰極射線。為了防止外界光線對放電管的影響，也為了不使管內的可見光漏出管外，他把房間全部弄黑，還用黑色硬紙給放電管做了個封套。為了檢查封套是否漏光，他給放電管接上電源（茹科夫線圈的電極），他看到封套沒有漏光而滿意。可是當他切斷電源后，卻意外地發現一米以外的一個小工作臺上有閃光，閃光是從一塊熒光屏上發出的。然而陰極射線只能在空氣中進行幾個厘米，這是別人和他自己的實驗早已證實的結論。于是他重復剛才的實驗，把屏一步步地移遠，直到2米以外仍可見到屏上有熒光。倫琴認為這不是陰極射線了。倫琴經過反復實驗，確信這是種尚未為人所知的新射線，便取名為X射線。他發現X射線可穿透千頁書、2～3厘米厚的木板、幾厘米厚的硬橡皮、15毫米厚的鋁板等等。可是1.5毫米的鉛板幾乎就完全把X射線擋住了。他偶然發現X射線可以穿透肌肉照出手骨輪廓，于是有一次他夫人到實驗室來看他時，他請她把手放在用黑紙包嚴的照相底片上，然后用X射線對準照射15分鐘，顯影后，底片上清晰地呈現出他夫人的手骨像，手指上的結婚戒指也很清楚。這是一張具有歷史意義的照片，它表明了人類可借助X射線，隔著皮肉去透視骨骼。1895年12月28日倫琴向維爾茨堡物理醫學學會遞交了第一篇X射線的論文“一種新射線——初步報告”，報告中敘述了實驗的裝置，做法，初步發現的X射線的性質等等。X射線的發現，又很快地導致了一項新發現——放射性的發現。

自倫琴發現X射線后，許多物理學家都在積極地研究和探索，1905年和1909年，巴克拉曾先后發現X射線的偏振現象，但對X射線究竟是一種電磁波還是微粒輻射，仍不清楚。1912年德國物理學家勞厄發現了X射線通過晶體時產生衍射現象，證明了X射線的波動性和晶體內部結構的周期性，發表了《X射線的干涉現象》一文。

勞厄的文章發表不久，就引起英國布拉格父子的關注，老布拉格（WH.Bragg）已是利茲大學的物理學教授，而小布拉格（WL.Bragg）則剛從劍橋大學畢業，在卡文迪許實驗室。由于都是X射線微粒論者，兩人都試圖用X射線的微粒理論來解釋勞厄的照片，但他們的嘗試未能取得成功。小布拉格經過反復研究，成功地解釋了勞厄的實驗事實。他以更簡潔的方式，清楚地解釋了X射線晶體衍射的形成，并提出了著名的布拉格公式：nX=Zdsino這一結果不僅證明了小布拉格的解釋的正確性，更重要的是證明了能夠用X射線來獲取晶體結構的信息。

1912年11月，年僅22歲的小布位格以《晶體對短波長電磁波衍射》為題向劍橋哲學學會報告了上述研究結果。老布拉格則于1913年元月設計出第一臺X射線分光計，并利用這臺儀器，發現了特征X射線。小布拉格在用特征X射線分析了一些堿金屬鹵化物的晶體結構之后，與其父親合作，成功地測定出了金剛石的晶體結構，并用勞厄法進行了驗證。金剛石結構的測定完美地說明了化學家長期以來認為的碳原子的四個鍵按正四面體形狀排列的結論。這對尚處于新生階段的X射線晶體學來說是一個非常重要的事件，它充分顯示了X射線衍射用于分析晶體結構的有效性，使其開始為物理學家和化學家普遍接受。

它是19世紀末20世紀初物理學的三大發現（X射線-1895年、放射線-1896年、電子-1897年）之一，這一發現標志著現代物理學的產生。

原理

產生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（其中的1%）會以光子形式放出，形成X光光譜的連續部分，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層電子撞出。于是內層形成空穴，外層電子躍遷回內層填補空穴，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光譜中的特征線，此稱為特性輻射。

產生

1、電子的韌制輻射，用高能電子轟擊金屬，電子在打進金屬的過程中急劇減速，按照電磁學，有加速的帶電粒子會輻射電磁波，如果電子能量很大，比如上萬電子伏，就可以產生x射線，這是目前實驗室和工廠，醫院等地方用的產生x射線的方法。

2、原子的內層電子躍遷也可以產生x射線，量子力學的理論，電子從高能級往低能級躍遷時候會輻射光子，如果能級的能量差比較大，就可以發出x射線波段的光子。

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。

特征輻射：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征輻射，特征光譜和靶材料有關。

波長分類

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

X射線波長范圍

名稱 波長范圍（納米） 頻率范圍

普通x射線 0.01~10 30 PHz到30 EHz

特性

X射線是一種波長極短，能量很大的電磁波，X射線的波長比可見光的波長更短），它的光子能量比可見光的光子能量大幾萬至幾十萬倍。

物理特性

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。

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，根據這個原理制成了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射線應用于透視的基礎，利用這種熒光作用可制成熒光屏，用作透視時觀察X射線通過人體組織的影像，也可制成增感屏，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。

化學特性

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、著色作用。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。

生物特性

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，可用于治療人體的某些疾病，特別是腫瘤的治療。在利用X射線的同時，人們發現了導致病人脫發、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，注意采取防護措施。

應用

X射線診斷

X射線應用于醫學診斷，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。由于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，那么通過人體后的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。于是，X射線診斷技術便成了世界上最早應用的非刨傷性的內臟檢查技術。

X射線治療

X射線應用于治療，主要依據其生物效應，應用不同能量的X射線對人體病灶部分的細胞組織進行照射時，即可使被照射的細胞組織受到破壞或抑制，從而達到對某些疾病，特別是腫瘤的治療目的。

工業領域

X射線可激發熒光、使氣體電離、使感光乳膠感光，故X射線可用電離計、閃爍計數器和感光乳膠片等檢測研究領域，晶體的點陣結構對X射線可產生顯著的衍射作用，X射線衍射法已成為研究晶體結構、形貌和各種缺陷的重要手段

危害及防護

危害

電離輻射對人體的損傷非常廣泛，而且難以預測。射線對機體的影響，由于受多種因素的影響所引起的臨床反應亦多種多樣。射線對人體的損傷顯現在受照者本身時稱軀體(本體)效應。如影響到受照者后代則稱遺傳效應。按對受照者損傷的范圍不同又可分全身效應(如急、慢性放射病)．單一組織的效應(如皮膚損傷、眼晶體損傷等)和胎內照射的效應(如胎兒畸型等)。若從x線作用于機體后產生效應的時間考慮，尚可分近期和遠期效應。

輻射損傷是一定量的電離輻射作用于機體后，受照機體所引起的病理反應。急性放射損傷是由于一次或短時間內受大劑量照射所致，主要發生于事故性照射。在慢性小劑量連續照射的情況下，值得重視的是慢性放射損傷，主要由于X線職業人員平日不注意防護，較長時間接受超允許劑量所引起的。

長期接受X線會對人體造成很多傷害，如：自主神經功能紊亂、造血功能低下、晶狀體渾濁，精子生成障礙，甚至誘發腫瘤等。X線損傷是醫護人員 最常見的放射損傷。遭受損傷的細胞、組織、器官還可以引起機體繼發性損傷，使機體產生一系列生物化學的變化、代謝的紊亂、功能的失調以及病理形態等方面的改變，損傷嚴重可導致機體死亡。X線輻射可能引起的臨床癥狀有乏力、頭昏、頭痛、耳鳴、睡眠障礙、記憶力減退、多汗、心悸等；其次為消化道癥狀如腹痛腹脹；少數人牙痛，牙齦易出血，但無明顯的皮膚出血點及瘀斑；部分人易感冒、腰痛、關節酸痛等。X線輻射能對胎兒造成嚴重的影響，胎兒宮內有害效應可分為致死效應、致畸效應、致嚴重智力低下和致癌。

防護

1）在不影響診療效果的前提下，工作人員和病人所受的放射量盡可能保持最低量，可通過縮短照射時間、增加距離和利用輻射屏蔽來實現。

2）劑量限制：被照射的工作人員必須進行劑量檢測。計量儀可精確顯示工作人員接觸的放射量，并每月檢查計量儀記錄值，特別應注意沒有絕對安全的照射劑量。

3）美國、日本等大多數發達國家都已淘汰胸透檢查，在為數不多的使用國家中，英國的使用頻率僅為0．2%，而我國則高達61.8%！是發達國家300多倍。在臨床中能不使用電離輻射就盡量不使用。盡可能運用其他無害手段進行診斷。

4）我國衛生部2002年1月 3日發布的《國家放射工作衛生防護管理辦法》明確規定： (用放射射線) 進行診斷、治療時，應當按照操作規程，嚴格控制受照劑量，對臨近照野的敏感器官和組織應當進行屏蔽防護。對孕婦和兒童進行醫療照射時，應當告知對健康的影響。對于術中需進行C型臂檢查以及床旁照射的手術，工作人員應穿鉛衣、戴鉛皮手套、佩戴護目鏡和含鉛圍脖。

5）盡量縮短X線的曝光時間。接觸光束時間越長，接受放射的劑量就越大。要求X線工作人員技術熟練，避免重復性照射，盡量減少接觸時間。

6）在放射源和工作人員之間放置一種能有效吸收射線的屏蔽材料，從而減弱或消除射線對人體的危害。屏蔽防護有一定的防護作用，但對高能量射線來說防護屏蔽作用較少，如鉛圍裙只能在放射診斷時使用，對高能量防護作用較弱。

隨著人們X線生物學效應的認識不斷提高，在新型X線設備中大量使用了新材料、新技術、新工藝，使這些設備的射線防護功能日益完善。當今臨床放射學之所以能夠得以迅速發展，足以說明其功大于過。只要我們合理利用，X線永遠是人類健康的朋友。希望在不遠的未來，醫院與患者雙方都能夠遵照國家規定，對X光謹慎利用，安全防護。不能為醫務人員和患者埋下未來疾病的隱形炸彈。