X射線是一種波長(zhǎng)極短，能量很大的電磁波，X射線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)更短(約在0.001～10納米，醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的X射線波長(zhǎng)約在0.001～0.1 納米之間)，它的光子能量比可見(jiàn)光的光子能量大幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)倍 。 由德國(guó)物理學(xué)家W.K.倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)，故又稱(chēng)倫琴射線。

x射線具有很高的穿透本領(lǐng)，能透過(guò)許多對(duì)可見(jiàn)光不透明的物質(zhì)，如墨紙、木料等。這種肉眼看不見(jiàn)的射線可以使很多固體材料發(fā)生可見(jiàn)的熒光，使照相底片感光以及空氣電離等效應(yīng)。X射線最初用于醫(yī)學(xué)成像診斷和 X射線結(jié)晶學(xué)。X射線也是游離輻射等這一類(lèi)對(duì)人體有危害的射線。

2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)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(lèi)致癌物清單中。

發(fā)現(xiàn)歷史

最早發(fā)現(xiàn)X射線是特斯拉，特斯拉制定了許多實(shí)驗(yàn)來(lái)產(chǎn)生X射線。特斯拉認(rèn)為用他的電路，“我的儀器可以產(chǎn)生的愛(ài)克斯光（即X射線）的能量比一般儀器可以產(chǎn)生的要大的多?！?/p>

他還談到用他的電路和單節(jié)點(diǎn)X射線產(chǎn)生設(shè)備在工作時(shí)的危害。在他許多調(diào)查這種現(xiàn)象的記錄中，他歸結(jié)了導(dǎo)致皮膚損傷的許多原因。他認(rèn)為早期的皮膚損傷并不是X射線所引起的，而是臭氧的產(chǎn)生與皮膚接觸，和一些亞硝酸接觸所致。特斯拉錯(cuò)誤地認(rèn)為X射線是由分離的粒子組成的。

特斯拉完成了一些實(shí)驗(yàn)，并先于倫琴證實(shí)了他的發(fā)現(xiàn)（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(méi)有使他的發(fā)現(xiàn)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(shí)驗(yàn)室大火中給燒毀了。

德國(guó)維爾茨堡大學(xué)校長(zhǎng)兼物理研究所所長(zhǎng)倫琴教授（1845～1923年），在他從事陰極射線的研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)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(duì)放電管的影響，也為了不使管內(nèi)的可見(jiàn)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(gè)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(méi)有漏光而滿意?？墒钱?dāng)他切斷電源后，卻意外地發(fā)現(xiàn)一米以外的一個(gè)小工作臺(tái)上有閃光，閃光是從一塊熒光屏上發(fā)出的。然而陰極射線只能在空氣中進(jìn)行幾個(gè)厘米，這是別人和他自己的實(shí)驗(yàn)早已證實(shí)的結(jié)論。于是他重復(fù)剛才的實(shí)驗(yàn)，把屏一步步地移遠(yuǎn)，直到2米以外仍可見(jiàn)到屏上有熒光。倫琴認(rèn)為這不是陰極射線了。倫琴經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，確信這是種尚未為人所知的新射線，便取名為X射線。他發(fā)現(xiàn)X射線可穿透千頁(yè)書(shū)、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?？墒?.5毫米的鉛板幾乎就完全把X射線擋住了。他偶然發(fā)現(xiàn)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(shí)驗(yàn)室來(lái)看他時(shí)，他請(qǐng)她把手放在用黑紙包嚴(yán)的照相底片上，然后用X射線對(duì)準(zhǔn)照射15分鐘，顯影后，底片上清晰地呈現(xiàn)出他夫人的手骨像，手指上的結(jié)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(lèi)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(yī)學(xué)學(xué)會(huì)遞交了第一篇X射線的論文“一種新射線——初步報(bào)告”，報(bào)告中敘述了實(shí)驗(yàn)的裝置，做法，初步發(fā)現(xiàn)的X射線的性質(zhì)等等。X射線的發(fā)現(xiàn)，又很快地導(dǎo)致了一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)——放射性的發(fā)現(xiàn)。

自倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后，許多物理學(xué)家都在積極地研究和探索，1905年和1909年，巴克拉曾先后發(fā)現(xiàn)X射線的偏振現(xiàn)象，但對(duì)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(guó)物理學(xué)家勞厄發(fā)現(xiàn)了X射線通過(guò)晶體時(shí)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，證明了X射線的波動(dòng)性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性，發(fā)表了《X射線的干涉現(xiàn)象》一文。

勞厄的文章發(fā)表不久，就引起英國(guó)布拉格父子的關(guān)注，老布拉格（WH.Bragg）已是利茲大學(xué)的物理學(xué)教授，而小布拉格（WL.Bragg）則剛從劍橋大學(xué)畢業(yè)，在卡文迪許實(shí)驗(yàn)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(lái)解釋勞厄的照片，但他們的嘗試未能取得成功。小布拉格經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，成功地解釋了勞厄的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。他以更簡(jiǎn)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(jié)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(lái)獲取晶體結(jié)構(gòu)的信息。

1912年11月，年僅22歲的小布位格以《晶體對(duì)短波長(zhǎng)電磁波衍射》為題向劍橋哲學(xué)學(xué)會(huì)報(bào)告了上述研究結(jié)果。老布拉格則于1913年元月設(shè)計(jì)出第一臺(tái)X射線分光計(jì)，并利用這臺(tái)儀器，發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)之后，與其父親合作，成功地測(cè)定出了金剛石的晶體結(jié)構(gòu)，并用勞厄法進(jìn)行了驗(yàn)證。金剛石結(jié)構(gòu)的測(cè)定完美地說(shuō)明了化學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為的碳原子的四個(gè)鍵按正四面體形狀排列的結(jié)論。這對(duì)尚處于新生階段的X射線晶體學(xué)來(lái)說(shuō)是一個(gè)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(jié)構(gòu)的有效性，使其開(kāi)始為物理學(xué)家和化學(xué)家普遍接受。

它是19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)（X射線-1895年、放射線-1896年、電子-1897年）之一，這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的產(chǎn)生。

原理

產(chǎn)生X射線的最簡(jiǎn)單方法是用加速后的電子撞擊金屬靶。撞擊過(guò)程中，電子突然減速，其損失的動(dòng)能（其中的1%）會(huì)以光子形式放出，形成X光光譜的連續(xù)部分，稱(chēng)之為制動(dòng)輻射。通過(guò)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(shí)放出波長(zhǎng)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(zhǎng)也集中在某些部分，形成了X光譜中的特征線，此稱(chēng)為特性輻射。

產(chǎn)生

1、電子的韌制輻射，用高能電子轟擊金屬，電子在打進(jìn)金屬的過(guò)程中急劇減速，按照電磁學(xué)，有加速的帶電粒子會(huì)輻射電磁波，如果電子能量很大，比如上萬(wàn)電子伏，就可以產(chǎn)生x射線，這是目前實(shí)驗(yàn)室和工廠，醫(yī)院等地方用的產(chǎn)生x射線的方法。

2、原子的內(nèi)層電子躍遷也可以產(chǎn)生x射線，量子力學(xué)的理論，電子從高能級(jí)往低能級(jí)躍遷時(shí)候會(huì)輻射光子，如果能級(jí)的能量差比較大，就可以發(fā)出x射線波段的光子。

分類(lèi)

輻射分類(lèi)

軔致輻射：當(dāng)高速電子流撞擊陽(yáng)極靶受到制動(dòng)時(shí)，電子在原子核的強(qiáng)電場(chǎng)作用下，速度的量值和方向都發(fā)生急劇的變化，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)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(shí)，被靶阻擋的電子的能量不越過(guò)一定限度，只發(fā)射連續(xù)光譜的輻射。

特征輻射：一種不連續(xù)的，它只有幾條特殊的線狀光譜，這種發(fā)射線狀光譜的輻射叫做特征輻射，特征光譜和靶材料有關(guān)。

波長(zhǎng)分類(lèi)

名稱(chēng) 管電壓（kv） 最短波長(zhǎng)（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(zhǎng)范圍

名稱(chēng) 波長(zhǎng)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(zhǎng)極短，能量很大的電磁波，X射線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)更短），它的光子能量比可見(jiàn)光的光子能量大幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)倍。

物理特性

1、穿透作用。X射線因其波長(zhǎng)短，能量大，照在物質(zhì)上時(shí)，僅一部分被物質(zhì)所吸收，大部分經(jīng)由原子間隙而透過(guò)，表現(xiàn)出很強(qiáng)的穿透能力。X射線穿透物質(zhì)的能力與X射線光子的能量有關(guān)，X射線的波長(zhǎng)越短，光子的能量越大，穿透力越強(qiáng)。X射線的穿透力也與物質(zhì)密度有關(guān)，利用差別吸收這種性質(zhì)可以把密度不同的物質(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)。

2、電離作用。物質(zhì)受X射線照射時(shí)，可使核外電子脫離原子軌道產(chǎn)生電離。利用電離電荷的多少可測(cè)定X射線的照射量，根據(jù)這個(gè)原理制成了X射線測(cè)量?jī)x器。在電離作用下，氣體能夠?qū)щ?；某些物質(zhì)可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；在有機(jī)體內(nèi)可以誘發(fā)各種生物效應(yīng)。

3、熒光作用。X射線波長(zhǎng)很短不可見(jiàn)，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(shí)，可使物質(zhì)發(fā)生熒光（可見(jiàn)光或紫外線），熒光的強(qiáng)弱與X射線量成正比。這種作用是X射線應(yīng)用于透視的基礎(chǔ)，利用這種熒光作用可制成熒光屏，用作透視時(shí)觀察X射線通過(guò)人體組織的影像，也可制成增感屏，用作攝影時(shí)增強(qiáng)膠片的感光量。

4、熱作用。物質(zhì)所吸收的X射線能大部分被轉(zhuǎn)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(zhǎng)測(cè)定和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析中都得到應(yīng)用。

化學(xué)特性

1、感光作用。X射線同可見(jiàn)光一樣能使膠片感光。膠片感光的強(qiáng)弱與X射線量成正比，當(dāng)X射線通過(guò)人體時(shí)，因人體各組織的密度不同，對(duì)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(zhǎng)期照射某些物質(zhì)如鉑氰化鋇、鉛玻璃、水晶等，可使其結(jié)晶體脫水而改變顏色。

生物特性

X射線照射到生物機(jī)體時(shí)，可使生物細(xì)胞受到抑制、破壞甚至壞死，致使機(jī)體發(fā)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(xì)胞，對(duì)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(shí)，人們發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致病人脫發(fā)、皮膚燒傷、工作人員視力障礙，白血病等射線傷害的問(wèn)題，在應(yīng)用X射線的同時(shí)，也應(yīng)注意其對(duì)正常機(jī)體的傷害，注意采取防護(hù)措施。

應(yīng)用

X射線診斷

X射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷，主要依據(jù)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(guò)人體時(shí)，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(guò)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(qiáng)弱就有較大差別，因而在熒光屏上或攝影膠片上(經(jīng)過(guò)顯影、定影)將顯示出不同密度的陰影。根據(jù)陰影濃淡的對(duì)比，結(jié)合臨床表現(xiàn)、化驗(yàn)結(jié)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(shù)便成了世界上最早應(yīng)用的非刨傷性的內(nèi)臟檢查技術(shù)。

X射線治療

X射線應(yīng)用于治療，主要依據(jù)其生物效應(yīng)，應(yīng)用不同能量的X射線對(duì)人體病灶部分的細(xì)胞組織進(jìn)行照射時(shí)，即可使被照射的細(xì)胞組織受到破壞或抑制，從而達(dá)到對(duì)某些疾病，特別是腫瘤的治療目的。

工業(yè)領(lǐng)域

X射線可激發(fā)熒光、使氣體電離、使感光乳膠感光，故X射線可用電離計(jì)、閃爍計(jì)數(shù)器和感光乳膠片等檢測(cè)研究領(lǐng)域，晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)對(duì)X射線可產(chǎn)生顯著的衍射作用，X射線衍射法已成為研究晶體結(jié)構(gòu)、形貌和各種缺陷的重要手段

危害及防護(hù)

危害

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

輻射損傷是一定量的電離輻射作用于機(jī)體后，受照機(jī)體所引起的病理反應(yīng)。急性放射損傷是由于一次或短時(shí)間內(nèi)受大劑量照射所致，主要發(fā)生于事故性照射。在慢性小劑量連續(xù)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(yè)人員平日不注意防護(hù)，較長(zhǎng)時(shí)間接受超允許劑量所引起的。

長(zhǎng)期接受X線會(huì)對(duì)人體造成很多傷害，如：自主神經(jīng)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(fā)腫瘤等。X線損傷是醫(yī)護(hù)人員 最常見(jiàn)的放射損傷。遭受損傷的細(xì)胞、組織、器官還可以引起機(jī)體繼發(fā)性損傷，使機(jī)體產(chǎn)生一系列生物化學(xué)的變化、代謝的紊亂、功能的失調(diào)以及病理形態(tài)等方面的改變，損傷嚴(yán)重可導(dǎo)致機(jī)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(shù)人牙痛，牙齦易出血，但無(wú)明顯的皮膚出血點(diǎn)及瘀斑；部分人易感冒、腰痛、關(guān)節(jié)酸痛等。X線輻射能對(duì)胎兒造成嚴(yán)重的影響，胎兒宮內(nèi)有害效應(yīng)可分為致死效應(yīng)、致畸效應(yīng)、致嚴(yán)重智力低下和致癌。

防護(hù)

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(guò)縮短照射時(shí)間、增加距離和利用輻射屏蔽來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2）劑量限制：被照射的工作人員必須進(jìn)行劑量檢測(cè)。計(jì)量?jī)x可精確顯示工作人員接觸的放射量，并每月檢查計(jì)量?jī)x記錄值，特別應(yīng)注意沒(méi)有絕對(duì)安全的照射劑量。

3）美國(guó)、日本等大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家都已淘汰胸透檢查，在為數(shù)不多的使用國(guó)家中，英國(guó)的使用頻率僅為0．2%，而我國(guó)則高達(dá)61.8%！是發(fā)達(dá)國(guó)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(yùn)用其他無(wú)害手段進(jìn)行診斷。

4）我國(guó)衛(wèi)生部2002年1月 3日發(fā)布的《國(guó)家放射工作衛(wèi)生防護(hù)管理辦法》明確規(guī)定： (用放射射線) 進(jìn)行診斷、治療時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照操作規(guī)程，嚴(yán)格控制受照劑量，對(duì)臨近照野的敏感器官和組織應(yīng)當(dāng)進(jìn)行屏蔽防護(hù)。對(duì)孕婦和兒童進(jìn)行醫(yī)療照射時(shí)，應(yīng)當(dāng)告知對(duì)健康的影響。對(duì)于術(shù)中需進(jìn)行C型臂檢查以及床旁照射的手術(shù)，工作人員應(yīng)穿鉛衣、戴鉛皮手套、佩戴護(hù)目鏡和含鉛圍脖。

5）盡量縮短X線的曝光時(shí)間。接觸光束時(shí)間越長(zhǎng)，接受放射的劑量就越大。要求X線工作人員技術(shù)熟練，避免重復(fù)性照射，盡量減少接觸時(shí)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(duì)人體的危害。屏蔽防護(hù)有一定的防護(hù)作用，但對(duì)高能量射線來(lái)說(shuō)防護(hù)屏蔽作用較少，如鉛圍裙只能在放射診斷時(shí)使用，對(duì)高能量防護(hù)作用較弱。

隨著人們X線生物學(xué)效應(yīng)的認(rèn)識(shí)不斷提高，在新型X線設(shè)備中大量使用了新材料、新技術(shù)、新工藝，使這些設(shè)備的射線防護(hù)功能日益完善。當(dāng)今臨床放射學(xué)之所以能夠得以迅速發(fā)展，足以說(shuō)明其功大于過(guò)。只要我們合理利用，X線永遠(yuǎn)是人類(lèi)健康的朋友。希望在不遠(yuǎn)的未來(lái)，醫(yī)院與患者雙方都能夠遵照國(guó)家規(guī)定，對(duì)X光謹(jǐn)慎利用，安全防護(hù)。不能為醫(yī)務(wù)人員和患者埋下未來(lái)疾病的隱形炸彈。