1895年，德國物理學家倫琴在研究低壓氣體放電現象時發現，當放電管內的陰極射線打在管壁上產生熒光的同時，與放電管相距處放著的鉑氰化晶體也發出明亮的熒光。經研究知道，這種熒光是由於玻璃管壁受高速電子撞擊後發出來的一種人眼看不見的射線所引起的。由於當時不知道這種射線的本質，就把它叫做X射線。後來為了紀念倫琴的這個發現，又稱它為倫琴射線。
X射線的本質和普通光一樣，都是電磁波，隻是它的波長比可見光或紫外線更短，X射線的發現，無論在理論上或技術應用上都有十分重要的意義。它被發現後不久就應用於醫學，現已成為醫學診斷不可缺少的工具。由於電子學的迅速發展，特別是電子計算機和影像技術的應用，使X射線朝著大功率、自動化方麵發展，不僅診斷範圍不斷擴大，而且診斷的準確性也迅速提高。本章著重介紹X射線的產生、性質、吸收及其在醫學上的應用以及基本原理等內容。
第一節X射線的發生
一、X射線的發生裝置
實驗證實，凡高速運動的電子受到物體阻止時，都能產生X射線。要產生X射線，必須具備兩個基本條件：①有高速電子流；②有適當的阻止電子運動的障礙物。
X射線發生裝置的核心是X射線管。它是一個高度真空的硬質玻璃管。管內兩端分別封人陰陽兩個電極，陰極由熔點高、不易蒸發而且比較堅固的鎢絲卷繞成螺旋狀，單獨由低壓電源供給電流。燈絲熾熱發射電子，電流愈大，燈絲溫度愈高，單位時間內發射的電子數也愈多。陽極正對著陰極，通常是銅製的圓柱體，在柱端斜麵上嵌有一塊鎢板，作為接受高速電子衝擊的靶子。陰陽兩極間加有幾萬伏到幾十萬伏的直流高壓，叫做管電壓。從陰極發射的電子受到兩極間強電場的作用高速奔向陽極靶，高速電子受阻止而產生X射線。通過兩極的電流叫管電流，它基本上等於從陰極發射的電子流。管電壓和管電流分別由圖中的毫安計和伏特計測出。
實際使用的X射線機都是交流供電的。X射線機的基本線路簡圖，包括以下幾個主要部分：①X射線管。②低壓電源。它由降壓變壓器乃和變阻器X組成，用來供給和調節鎢絲的加熱電流，調節變阻器X以改變燈絲發出的熱電子數量，從而控製管電流。③高壓供電線路。它由升壓變壓器和全波整流器組成。旋鈕可改變原線圈的匝數以調節副線圈輸出的高壓。全波整流器即四個二極管聯成的橋式整流電路，用來把了2輸出的高壓交流電變為直流。中型和大型X射線機的實際線路比這個複雜得多，它還設有燈絲電源穩壓電路、延時電路和限時器、控製X射線管運動的裝置，以及自動保護裝置等。
X射線管象電子二極管，陰極發射電子而陽極不發射，所以它具有單向導電性。這就是說，X射線管本身也具有整流作用，稱為自整流。管電壓不高和管電流不大的小型X射線機（如牙科用的或攜帶式的）可以省去圖中的四個整流管而把交流高壓直接加在X射錢管上，這時獲得的是半波整流。稍大一些的X射線管不能夠利用自整流，這是因為：①它隻能在交流電的半個周期中獲得X射線，效率太低；②陽極被高速電子轟擊時發熱，也能發射少量電子，這些電子在交流電的負半周時轟擊陰極，會損壞鎢絲。因此，自整流式的X射線機的功率一般不能太高，陽極必須保持較低的溫度。
高速電子轟擊陽極時，轉變為X射線的能量不到，有99%以上的能量轉變為熱能，使陽極溫度升高。因此，陽極上直接受到電子轟擊的區域應當用熔點高的材料來做。此外，理論和實驗都表明，在同樣速度和同樣多的電子轟擊下，陽極發出X射線的光子總數和光子總能量近似與成正比。
材料的原子序數，所以1愈大則發生X射線的效率愈高。在兼顧靶材料熔點高、原子序數大和其它一些技術要求時，鎢和它的合金是最適當的材料。由於靶的發熱量很大，所以陽極整體用導熱係數較大的銅做成，鎢靶鑲嵌在陽極上，以便更好地導出和散發熱量。按照X射線管的功率大小不同，采用不同的散熱方法。低功率的管子，可以用散熱片通風冷卻，大功率管采用旋轉陽極，使轟擊麵積不斷改變，熱量分散到較大的麵積上，或把陽極做成中空形狀，用水流或油循環冷卻。
二、X射線衍射和X射線譜
通常X射線管發生的X射線，包含各種不同的波長，按照波長的順序，將其強度排列開來的圖譜，稱為X射線譜。能夠攝取X射線譜的儀器，稱為X射線攝譜儀。X射線由上述可知，用結構已知的晶體作為光柵，可以計算出用來照射的X射線的波長，反之利用已知波長的X射線，在實驗中照射晶體，則可測出晶體各點陣微粒的位置和間隔。因此，X射線衍射是研究晶體結構的主要方法之一。利用同樣方法也可在生物醫學上研究有機體如細胞和蛋白質等的精細結構。現在這種研究已經發展成一門獨立學科，叫做X射線結構分析。
X射線譜
X射線攝譜儀原理圖。通過鉛屏狹縫的X射線束射到晶體光柵上，轉動晶體，改變0度角，就可以使不同波長的X射線在不同的方向上得到加強。波長愈短的射線，掠射角愈小。在適當距離處放一個圓弧形的底片，當晶體往複轉動時，反射線束就在底片上從一端到另一端反複感光。
當電壓繼續升高時，連續譜發生很大改變，但這四條譜線在圖中的位置卻始終不變，即它們的波長不變，圖中的四條譜線就是未曾分開的X線。大量實驗表明，這些譜線的波長決定於陽極靶的材料，不同元素製成的靶具有不同的線狀X射線譜，可以作為這些元素的標識，這就是：“標識X射線”名稱的由來。近年來發展的微區分析技術就是用很細的電子束打在樣品上，根據樣品發出的標識X射線可以鑒定各個微區中的元素成分。這種技術已經開始在醫學研究中應用。
標識X射線是怎樣產生的呢？當高速電子進人靶內時，如果它與某個原子的內層電子發生強烈相互作用，就有可能把一部分動能傳遞給這個電子，使它從原子中脫出，在原子的內層電子中出現一個空位。因為它已在圖中的波長範圍以外。畫出了這種躍遷的示意圖，當然這些躍遷並不是同時在同一個原子中發生的。
原子中各個內層軌道的能量是隨著原子序數增加的。因此，原子序數愈高的元素，各個標識X射線係的波長也愈短。
綜上所述，在標識X射線譜中，電子由不同能級達到同一殼層的空位時發生的譜線組成一個線係，每個線係都有一個短波長邊界，這就是一個自由電子（或近似地認為最外層價電子）進人這個空位時發出的光子的波長。此外，原子中各個內層軌道的能量是隨著原子序數增加的，因此，原子序數愈高的元素，它的各條標識X射線係的波長也愈短。
應當指出，醫用X射線管中發出的X射線，主要是連續X射線，標識X射線在全部X射線中所占的分量很少。但是，標識X射線的研究，對於認識原子的殼層結構是很有幫助的，對於化學元素的分析也是非常有用的。
第二節X射線的性質
X射線是波長比可見光更短的電磁波，所以它具有光的一切特性，如反射、折射、幹涉、衍射、偏振和量子化等現象。由於它的波長短，光子能量大，因此X射線還具有一些普通光線所沒有的性質。