X射線

X射線（英語：X-ray），又稱X光、愛克斯射線、愛克斯光，也稱作倫琴射線或倫琴光（Röntgen radiation），清朝時曾稱照骨術，是一種波長範圍在0.01奈米到10奈米之間（對應頻率範圍30 PHz到30EHz）的電磁輻射形式。X射線最初用於醫學成像診斷和X射線晶體學。X射線也是游離輻射等這一類對人體有危害的射線。

X射線波長範圍在較短處與伽馬射線較長處重疊。

歷史

早期X射線重要的研究者有伊凡·普魯伊教授、威廉·克魯克斯爵士、約翰·威廉·希托夫、歐根·戈爾德斯坦、海因里希·赫茲、菲利普·萊納德、亥姆霍茲、尼古拉·特斯拉、愛迪生、查爾斯·巴克拉、馬克思·馮·勞厄和威廉·倫琴。

1869年物理學家約翰·威廉·希托夫觀察到真空管中的陰極發出的射線。當這些射線遇到玻璃管壁會產生螢光。1876年這種射線被歐根·戈爾德斯坦命名為「陰極射線」。隨後，英國物理學家克魯克斯研究稀有氣體裡的能量釋放，並且製造了克魯克斯管。這是一種玻璃真空管，內有可以產生高電壓的電極。他還發現，當將未曝光的相片底片靠近這種管時，一些部分被感光了，但是他沒有繼續研究這一現象。1887年4月，尼古拉·特斯拉開始使用自己設計的高電壓真空管與克魯克斯管研究X射線。他發明了單電極X射線管，在其中電子穿過物質，發生了現在叫做軔致輻射的效應，生成高能X射線。1892年特斯拉完成了這些實驗，但是他並沒有使用X射線這個名字，而只是籠統地稱為放射能。他繼續進行實驗，並提醒科學界注意陰極射線對生物體的危害性，但他沒有公開自己的實驗成果。1892年赫茲進行實驗，提出陰極射線可以穿透非常薄的金屬箔。赫茲的學生倫納德進一步研究這一效應，對很多金屬進行了實驗。亥姆霍茲則對光的電磁本性進行了數學推導。

1895年11月8日德國科學家倫琴開始進行陰極射線的研究。1895年12月28日他完成了初步的實驗報告「一種新的射線」。他把這項成果發布在維爾茨堡的Physical-Medical Society雜誌上。為了表明這是一種新的射線，倫琴採用表示未知數的X來命名。很多科學家主張命名為倫琴射線，倫琴自己堅決反對，但是這一名稱直至今日仍然被廣泛使用，尤其在德語國家。1901年倫琴獲得第一屆諾貝爾物理學獎。

1895年愛迪生研究了材料在X射線照射下發出螢光的能力，發現鎢酸鈣最為明顯。1896年3月愛迪生發明了螢光觀察管，後來被用於醫用X射線的檢驗。然而1903年愛迪生終止了自己對X射線的研究，因為他公司的一名玻璃工人喜歡將X射線管放在手上檢驗，最後得了癌症，儘管進行了截肢手術仍然沒能挽回生命。巴克拉發現X射線能夠被氣體散射，並且每一種元素有其特徵X譜線。他因此獲得了1917年諾貝爾物理學獎。

在20世紀80年代，X射線雷射器被設置為隆納·雷根總統的戰略主動防禦計劃的一部分。然而對該裝置（一種類似雷射炮，或者死亡射線的裝置，由熱核反應提供能量）最初的、同時也是僅有的試驗並沒有給出結論性的結果。同時，由於政治和技術的原因，整體的計劃（包括X射線雷射器）被擱置了（然而該計劃後來又被重新啟動——使用了不同的技術，並作為布希總統國家飛彈防禦計劃的一部分）。

在20世紀90年代，哈佛大學建立了錢德拉X射線天文台，用來觀測宇宙中強烈的天文現象中產生的X射線。與從可見光觀測到的相對穩定的宇宙不同，從X射線觀測到的宇宙是不穩定的。它向人們展示了恆星如何被黑洞絞碎，星系間的碰撞，超新星和中子星。

X射線的產生

波長短於0.2-0.1nm的叫做硬X射線，波長略大者被稱作軟X射線^[2]。硬X射線與伽馬射線中波長較長的部分有重疊範圍，二者的區別在於輻射源，而不是波長：X射線光子產生於高能電子加速，伽馬射線則來源於原子核衰變。

產生X射線的最簡單方法是用加速後的電子撞擊金屬靶。撞擊過程中，電子突然減速，其損失的動能會以光子形式放出，形成X射線光譜的連續部分，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。於是內層形成空穴，外層電子躍遷回內層填補空穴，同時放出波長在0.1奈米左右的光子。由於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射線譜中的特徵線，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射線光源。

探測器

X射線的探測可基於多種方法。最普通的一種方法叫做照相底板法，這種方法在醫院里經常使用。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（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射線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射線CCD，也利用X射線游離氣體的特性，使用氣體游離腔做為X射線強度之偵測。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射線光子的能量通常以晶體使X射線繞射再依布拉格定律計算出。

X射線衍射

在晶體學研究上，勞厄發現了X射線通過晶體之後產生的衍射現象，即X射線衍射。布拉格則使用布拉格定律對衍射關係進行了定量的描述。

醫學用途

倫琴發現X射線後僅僅幾個月時間內，它就被應用於醫學影像。1896年2月，蘇格蘭醫生約翰·麥金泰爾在格拉斯哥皇家醫院設立了世界上第一個放射科。

放射醫學是醫學的一個專門領域，它使用放射線照相術和其他技術產生診斷圖像。的確，這可能是X射線技術應用最廣泛的地方。X射線的用途主要是探測骨骼的病變，但對於探測軟組織的病變也相當有用。常見的例子有胸腔X射線，用來診斷肺部疾病，如肺炎、肺癌或肺氣腫；而腹腔X射線則用來檢測腸道梗塞，自由氣體（free air，由於內臟穿孔）及自由液體（free fluid）。某些情況下，使用X射線診斷還存在爭議，例如結石（對X射線幾乎沒有阻擋效應）或腎結石（一般可見，但並不總是可見）。

藉助計算機，人們可以把不同角度的X射線影像合成成三維圖像，在醫學上常用的電腦斷層掃描（CT掃描）就是基於這一原理。

X射線穿透能力與其頻率有關，利用其容易被高原子序數材料吸收的特點，防護上一般可用2-3mm左右的鉛板加以屏蔽。

美國艾伯特.C.蓋瑟曾利用X射線製造出美容除毛機並建立崔可公司^[3]，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皺紋、色斑、感染、潰瘍，甚至皮膚癌等症狀^[4]。

參考文獻

參見

• X射線天文學
• X射線光學
• X射線吸收光譜
• X射線機
• 蓋革計數器
• N射線

外部連結

• Historical X-ray tubes （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Example Radiograph: Fractured Humerus （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

輻射（物理與健康） 主文章 非游離輻射 聲放射力 紫外線 可見光 紅外線 微波 無線電波 游離輻射 α粒子 背景輻射 β粒子 宇宙射線 伽馬射線 核分裂 核融合 放射性 核反應爐 核武器 粒子加速器 放射性同位素 X射線 地球輻射平衡 電磁波 熱輻射 輻射與健康 保健物理 輻射劑量學 電磁輻射與健康 雷射安全性 雷射與航空安全性 醫學X射線攝影術 行動電話輻射對健康的危害 急性輻射症候群 放射治療 放射性與生命科學 放射性污染 放射生物學 生物劑量單位和數量 無線電子設備與健康 相關文章 放射源 半衰期 原子核物理學 抗輻射 民用輻射事故列表 參見分類：輻射影響、放射性和放射生物學。

電磁波譜 伽馬射線 X射線 紫外線 可見光 紅外線 兆赫輻射 微波 無線電波 ← 波長越短       波長越長 → ← 頻率越高       頻率越低 → 可見光 紅 橙 黃 綠 青 藍 紫 微波 W波段 V波段 Q波段 Ka波段 K波段 Ku波段 X波段 S波段 C波段 L波段 無線電波 兆赫輻射（THF） 極高頻（EHF） 超高頻（SHF） 特高頻（UHF） 甚高頻（VHF） 高頻（HF） 中頻（MF） 低頻（LF） 甚低頻（VLF） 特低頻（ULF） 超低頻（SLF） 極低頻（ELF） 波長 微波 短波 中波 長波

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醫學影像（ICD-9-CM Volume 3 87–88, ICD-10-PCS B, CPT 70010–79999） X射線/ 放射攝影技術 2D 醫用 氣腦造影成像 牙科放射攝影 Sialography Myelography CXR Bronchography AXR KUB DXA/DXR Upper gastrointestinal series/Small-bowel follow-through/大腸鋇劑灌腸造影 Cholangiography/Cholecystography 乳房攝影術 Pyelogram Cystography Arthrogram Hysterosalpingography Skeletal survey 血管攝影 Angiocardiography Aortography 靜脈成像 Lymphogram 商用 Radiographic testing 電腦斷層 技術 General operation of CT Quantitative CT High resolution CT X-ray microtomography Electron beam tomography 目標 冠狀動脈 Calcium scan CT angiography Abdominal and pelvic CT Virtual colonoscopy 電腦斷層血管攝影術 Coronary CT Pulmonary CT 頭顱計算機斷層成像術 Whole body imaging Full-body CT scan 其他 螢光鏡檢查 X-ray motion analysis 磁共振 MRI of the brain MR neurography 心血管磁共振成像/Cardiac MRI perfusion MR angiography MR cholangiopancreatography Breast MRI 功能性磁共振成像 擴散磁振造影 Synthetic MRI 醫學超聲檢查 心臟超音波 都卜勒超聲 Doppler echocardiography TTE TEE Transcranial Doppler Intravascular 婦科 Obstetric Echoencephalography 腹部 Transrectal Breast ultrasound Transscrotal ultrasound Carotid ultrasonography 超聲造影成像 3D ultrasound Endoscopic ultrasound Emergency ultrasound FAST Pre-hospital ultrasound Duplex 核醫學 2D / 閃爍顯像術 Cholescintigraphy Scintimammography Ventilation/perfusion scan Radionuclide ventriculography Radionuclide angiography Radioisotope renography Sestamibi parathyroid scintigraphy Radioactive iodine uptake test Bone scintigraphy Immunoscintigraphy 全身 Octreotide scan Gallium 67 scan Indium-111 WBC scan 3D / ECT SPECT 伽馬射線：Myocardial perfusion imaging 正子造影（PET） Brain PET Cardiac PET PET mammography PET-CT PET-MRI 光學/雷射 Optical tomography 光學相干斷層掃描 共聚焦顯微鏡 Endomicroscopy 熱成像儀 non-contact thermography contact thermography dynamic angiothermography

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