一、Ｘ線的產(chǎn)生
１８９５年德國物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線管中氣體放電時，用一只嵌有2個金屬電極（1個陽極，1個陰極）的密封玻璃管，將管內(nèi)空氣抽出，并在兩電極端加上幾萬伏的高壓。 為了防止高壓放電時的光線外泄，在玻璃管外面套上一層黑色紙板，他在暗室中進(jìn)行這項實(shí)驗(yàn)時，偶然發(fā)現(xiàn)距玻璃管２ ｍ遠(yuǎn)的地方，一塊用鉑氰化鋇溶液浸泡過的紙板發(fā)出了明亮的熒光。再進(jìn)一步試驗(yàn)，用紙板、木板、書都遮擋不住這種熒光，更令人驚奇的是，當(dāng)用手去拿這塊發(fā)熒光的紙板時，竟在板上看到了手骨的影子。當(dāng)時倫琴認(rèn)定這是一種人眼看不見、但能穿透物體的射線。由于當(dāng)時無法解釋它的原理，不明它的性質(zhì)，故借用數(shù)學(xué)中代表未知數(shù)的“Ｘ”作代號，稱為Ｘ線，一直延用至今。由于倫琴的發(fā)現(xiàn)，逐漸形成了一門嶄新的學(xué)科��醫(yī)用放射診斷學(xué)。他的發(fā)現(xiàn)在人類歷史上具有極其重要的意義，為自然科學(xué)中的醫(yī)學(xué)開辟了一條嶄新的道路。為此，１９０１年倫琴榮獲首屆諾貝爾物理學(xué)獎。
由此，我們知道，Ｘ線是在稀薄氣體放電和陰極射線的實(shí)驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)的。Ｘ線被發(fā)現(xiàn)后，人 們努力研制產(chǎn)生Ｘ線的儀器，找到了每當(dāng)高速帶電粒子撞擊物質(zhì)而突然受阻時都能產(chǎn)生Ｘ線 的規(guī)律。在實(shí)際應(yīng)用中用于獲得Ｘ線的帶電粒子都是電子?，F(xiàn)在所用的一切人工Ｘ線輻射源 ，都是利用高速電子撞擊靶物質(zhì)而產(chǎn)生的。
概括起來，產(chǎn)生Ｘ線必須具備3個條件：
①要有一個電子源。能根據(jù)需要，隨時提供足夠數(shù)量的電子，這些電子在電場作用下奔向陽極，便形成管電流。這個電子源在陰極端。
②要有一個能經(jīng)受高速電子撞擊而產(chǎn)生Ｘ線的靶，即陽極。
③要有高速電子流。為獲得高速電子流需具備2個條件，其一是有一個由高電壓產(chǎn)生的強(qiáng)電場，使電子從中獲得高速運(yùn)動的能量；其二是有一真空度較高的空間，以使電子在運(yùn)動中不受氣體分子的阻擋和電離放電而降低能量，同時，也能保護(hù)燈絲不致因氧化而被燒毀。
二、Ｘ線的各種作用
Ｘ線是一種波長極短、能量很大的電磁波。因此Ｘ線除具有可見光的某些性質(zhì)外，還具有自 身的特性。當(dāng)Ｘ線通過物質(zhì)時，由于Ｘ線光子與構(gòu)成物質(zhì)的原子發(fā)生相互作用而產(chǎn)生光電效 應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)等，在此過程中由于散射和吸收使Ｘ線強(qiáng)度被減弱。X線通過 物質(zhì)的減弱程度不但與吸收物質(zhì)的性質(zhì)、密度和厚度有關(guān)，還與X線自身的性質(zhì)有關(guān)。
1.物理作用
(１)穿透作用 因?yàn)椋鼐€的能量很大，波長很短，故能穿透 物質(zhì)的原子間隙，但其穿透程度與物質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)有關(guān)。Ｘ線束進(jìn)入人體后，一部分被吸 收和散射，另一部分透過人體沿原方向傳播。透過X線光子的空間分布與人體結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，這便形成了Ｘ線影像。在這里，透過的光子與被衰減的光子都具有同等重要性，如果全部光子都透過，則膠片呈現(xiàn)均勻黑色，沒有任何影像；如果所有光子都被衰減，則膠片呈現(xiàn)一片白色，也沒有任何影像?？梢姡鼐€影像是人體的不同組織的密度和厚度對射線引起不同衰減的結(jié)果。人體各組織對Ｘ線的衰減按骨、肌肉、脂肪、空氣的順序由大變小。一些組織比其他組織能衰減更多的射線，這種差別的大小就形成了Ｘ線影像的對比度。為了擴(kuò)大Ｘ線的診斷范圍，還常用各種人工造影檢查技術(shù)增加組織間的對比度。在Ｘ線通過人體的衰 減中，組織的密度是最重要的因素。在一定厚度中，某一組織的密度影響著阻止射線的能力 ，與被阻擋的光子數(shù)量成正比，而與能透過的光子數(shù)量成反比。由于組織密度的差異， 形成了Ｘ線影像。
(２)熒光作用 某些物質(zhì)受到Ｘ線照射時會產(chǎn)生熒光，如磷、鉑氰化鋇、硫化鋅鎘等，因而可制成：①熒光屏。在一塊特制的平板上涂上一層 熒光物質(zhì)的熒光屏板，當(dāng)Ｘ線透視時，被Ｘ線照射會產(chǎn)生熒光。②增感屏。在攝影時，把特制的涂有熒光物質(zhì)的屏板置于暗盒前后壁，膠片在中間，Ｘ線照射時，膠片對所見熒光的感光可達(dá)９０％，而無增感屏?xí)r，膠片所受X線直接感光不到１０％。增感 屏可使被檢者受到的照射量大大減少。
(３)電離作用 具有足夠能量的X線光子照射物質(zhì)時，使核外電子脫離原子軌道，這種作用叫電離作用。在光電效應(yīng)和散射研究中，出現(xiàn)光電子和反沖電子脫離其原子軌道的過程叫一次電離，這些光電子或反沖電子在行進(jìn)中又和其他原子碰撞，使被擊原子逸出電子為二次電離。在氣體中較固體和液體中電荷的電離容易，因此，可以利用電離電荷的多少來測定X線的輻射量，許多X線測量儀器都是根據(jù)這種原理制成的。
2.化學(xué)作用
(1)感光作用 當(dāng)X線照射到膠片上的時候，由于電離作用，使溴化銀藥膜起化學(xué)變化，出現(xiàn)銀粒沉淀，這就是X線的感光作用。銀粒沉淀的多少，由膠片受X線的照射量而定，再經(jīng)化學(xué)顯影，變成黑色的金屬銀，組成X線影像，未感光的溴化銀則可以被定影液溶去。X線攝影就是利用這種X線化學(xué)感光作用，使人體結(jié)構(gòu)影像顯現(xiàn)在膠片上。
(2)著色作用 某些物質(zhì)如鉑氰化鋇、鉛玻璃、水晶等，經(jīng)X線長期照射后，其結(jié)晶體脫水而改變顏色，這就叫著色作用。
3.生物作用
X線對生物組織細(xì)胞具有損傷的作用，稱為X線的生物效應(yīng)。可分為隨機(jī)效應(yīng)和非隨機(jī)效應(yīng)。隨機(jī)效應(yīng)是指發(fā)生傷害(并不達(dá)到嚴(yán)重程度)的幾率與劑量的大小無關(guān)。對這種效應(yīng)不存在劑量的閾值，任何微小的劑量均可能引起效應(yīng)，只是發(fā)生的幾率極其微小而已。隨機(jī)效應(yīng)主要表現(xiàn)形式是致癌效應(yīng)和遺傳效應(yīng)。非隨機(jī)效應(yīng)的嚴(yán)重程度則隨著劑量的變化而變化，對這種效應(yīng)可能存在著劑量的閾值。過量或累積性的X線照射可以引起機(jī)體某些損傷，比如血液和造血器官的變化，眼晶體的改變，放射性皮膚損傷，性細(xì)胞的損傷引起生育能力的損害，胎內(nèi)照射效應(yīng)(胎內(nèi)致死、畸形或發(fā)育障礙)等；所以X線工作者一定要重視防護(hù)，要學(xué)習(xí)和掌握必要的防護(hù)知識，充分利用各種防護(hù)器材，如鉛板、鉛玻璃、鉛橡皮、衣裙和手套等，既要保護(hù)自己，也要保護(hù)受檢者。另外，對人體不同組織，損傷的程度是不同的，凡生長力強(qiáng)和分裂活動快的組織細(xì)胞，對X線也就特別敏感，也越容易受到損害；X線停照后，恢復(fù)也慢。如神經(jīng)系統(tǒng)、淋巴系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和腫瘤細(xì)胞等對X線都很敏感。而軟組織如皮膚、肌肉、肺和胃等對X線敏感性較差，破壞性也相對小一些。在X線治療上正是恰當(dāng)?shù)乩昧诉@種特性。X線的生物效應(yīng)歸根結(jié)底是X線的電離作用造成的。
三、Ｘ線的質(zhì)和量
在應(yīng)用和深入了解Ｘ線之前，首先對Ｘ線本身要建立一個量度標(biāo)準(zhǔn)，以便區(qū)別不同的Ｘ線及其對物質(zhì)的不同作用。
1.物理方面Ｘ射線的量和質(zhì)
在一定時間內(nèi)，通過與射線方向垂直的單位面積上的輻射能量，叫做Ｘ線的量。換句話說，從物理意義上講，Ｘ線的量就表示在單位時間內(nèi)Ｘ線線束內(nèi)的光子數(shù)。Ｘ線穿透物質(zhì)的本 領(lǐng)或者說這些光子的能量就表示Ｘ線的質(zhì)（或硬度）。
2.診斷方面Ｘ線的量和質(zhì)
由于X線光子的能量大，穿透本領(lǐng)強(qiáng)，因此直接而準(zhǔn)確地測定X線光子的量是困難的，但可根據(jù)X線的特性，用間接的方法來測量。在實(shí)際工作中利用X線的電離、感光、熒光、熱等特性，制成了各種測量儀器來測定X線的量。目前應(yīng)用最廣泛的是利用量度X線在空氣中產(chǎn)生電離電荷的多少來測定X線的照射量。
X線管的管電流決定于陰極燈絲電流，管電流愈大表明陰極發(fā)射的電子數(shù)愈多，則電子撞擊陽極靶產(chǎn)生的X線量也愈多。X線的照射時間，是指X線機(jī)對X線管加上高電壓而產(chǎn)生X線的時間，顯然X線的照射量與照射時間成正比。所以在X線的診斷應(yīng)用中，可以用X線管的管電流與照射時間的乘積來表示X線的量，通常以毫安秒(mAs)為單位。
X線的質(zhì)又叫線質(zhì)，它表示X線的硬度，即穿透物質(zhì)的能力。X線的質(zhì)只與光子能量有關(guān) 而與個數(shù)無關(guān)。常用X線束的成分是連續(xù)能譜，當(dāng)它穿透物質(zhì)后能量分布又有不同變化，因而完整地描述它的線質(zhì)比較復(fù)雜。由于一般情況下，并不需要嚴(yán)格的能譜分析，因此通常用表示X線穿透能力的半價層來表示X線的質(zhì)，半價層就是使一束X線的強(qiáng)度減弱到其初始值一半時所需要的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的厚度。X線束對不同物質(zhì)的穿透能力(也就是不同物質(zhì)對X線的吸收能力)各不一樣，這樣對一束X線 ，描述其質(zhì)的半價層可用不同標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不同厚度來表示。診斷用X線通常用鋁作為表示半價層的物質(zhì)，半價層愈大表示X線的質(zhì)愈硬。在X線的診斷應(yīng)用中，以X線管電壓的大小來描述X線的質(zhì)，是一種間接但卻很確切實(shí)用的方法。管電壓形成的電場對陰極電子加速使其獲得足夠能量撞擊陽極靶而產(chǎn)生X線，管電壓愈高，電子從電場中得到的能量愈大，撞擊陽極靶面的力量愈強(qiáng)，產(chǎn)生的X線穿透能力愈大。所以管電壓能反映X線的質(zhì)。
