X線
ワインの風景を撮影した自然色のX線写真。中空の円筒の縁と中身の詰まったろうそくの縁の違いに注目してください
ウィリアム・クーリッジが 医用画像とX線について説明します。

X線は、紫外線よりも短く、ガンマ線よりも長い波長を持つ高エネルギー電磁放射線の一種です。おおよそ、X線の波長は10 ナノメートルから10 ピコメートルの範囲で、周波数は30ペタヘルツから30 エクサヘルツの範囲に 相当します（3 × 10 16  Hzから3 × 10 19  Hz ）および光子エネルギー100 eV～100  keVの範囲である 。[ 1 ]

X線は1895年にドイツの科学者ヴィルヘルム・コンラート・レントゲンによって発見され[ 2 ]、彼は未知の種類の放射線を示すためにそれをX線と名付けました[ 3 ] 。

X線は建築材料や生体組織など多くの固体物質を透過するため[ 4 ] 、 X線透視検査は医療診断（骨折の 検査など）や材料科学（一部の化学元素の同定や建築材料の弱点の検出など）で広く利用されています[ 5 ] 。 しかし、X線は電離放射線であり、被曝は健康に有害であり、DNA損傷、癌、さらに高強度の場合は火傷や放射線障害を引き起こす可能性があります。その発生と使用は公衆衛生当局によって厳しく管理されています。

歴史

レントゲン以前の観察と研究

X線を放射する放電管の一種であるクルックス管の例

X線はもともと科学の世界では、放電管から放出される正体不明の放射線の一種として、 1869年に初めて観測された高エネルギー電子ビームである陰極線を調べる実験者によって注目された。初期の研究者たちは、初期のクルックス管（1875年頃に発明された）の多くにおいて、X線に起因すると考えられる効果に気づいていた。クルックス管は、数キロボルトから100キロボルトまでの高直流電圧によって管内の残留空気をイオン化することで自由電子を生成する。この電圧によって陰極から放出される電子は十分な速度まで加速され、陽極または管のガラス壁に衝突するとX線を生成する。[ 6 ]

X線を（無意識のうちに）生成したと考えられる最古の実験者はウィリアム・モーガンです。1785年、彼はロンドン王立協会に論文を提出し、部分的に真空にしたガラス管に電流を流すとX線による輝きが生じることを明らかにしました。 [ 7 ] [ 8 ]この研究は、ハンフリー・デービーと助手のマイケル・ファラデーによってさらに研究されました。

1888年、フィリップ・レーナードはクルックス管から陰極線が空気中に放出されるかどうかを確かめる実験を行いました。彼はクルックス管を製作し、その先端に薄いアルミニウム製の「窓」を設け、陰極線がそこに当たるようにしました（後に「レーナード管」と呼ばれるようになりました）。彼は、何かが透過し、写真乾板を感光させて蛍光を発することを発見しました。彼は様々な物質に対するこれらの線の透過力を測定しました。これらの「レーナード線」の少なくとも一部は、実際にはX線であったと示唆されています。[ 9 ]

ヘルムホルツはX線に関する数式を定式化した。レントゲンが発見と発表を行う前に、彼は分散理論を提唱した。彼はそれを光の電磁気理論に基づいていた。[ 10 ]しかし、彼は実際のX線を扱ったわけではない。

1890年初頭、写真家ウィリアム・ジェニングスとペンシルベニア大学准教授アーサー・W・グッドスピードは、電気火花でコインの写真を撮影していました。2月22日、実験終了後、グッドスピードがジェニングスにクルックス管の動作を実演する前に、写真乾板の山の上に2枚のコインが残されていました。乾板を現像している最中に、ジェニングスはいくつかの乾板に起源不明の円盤があることに気付きましたが、誰もそれを説明できず、彼らは研究を中断しました。1896年になってようやく、彼らは偶然にX線写真を撮影したことに気づきました（彼らは発見とは主張しませんでした）。[ 11 ]

1890年、レントゲンの助手ルートヴィヒ・ツェンダーは、蛍光灯のカバーが破れる直前に蛍光板から閃光が放たれるのに気づいた。[ 12 ]

スタンフォード大学の物理学教授フェルナンド・サンフォードは、 1891年から1893年にかけて、電気火花の光の中で硬貨を撮影する「電気写真」実験を行った際[ 13 ] 、ジェニングスやグッドスピードと同様に、無意識のうちにX線を生成・検出していた可能性がある。1893年1月6日付のフィジカル・レビュー誌への手紙は正式に掲載され[ 13 ] 、 「レンズも光もなく、乾板と物体を暗闇の中で撮影した写真」と題する記事がサンフランシスコ・エグザミナー誌に掲載された[ 14 ]。

1894年、ニコラ・テスラは研究室でクルックス管の実験に関係するものと思われる損傷したフィルムに気づき、この目に見えない放射エネルギーを調査し始めました。[ 15 ] [ 16 ]レントゲンがX線を特定した後、テスラは高電圧と独自に設計した管、 [ 17 ]クルックス管を使用して独自のX線画像の作成を開始しました。

レントゲンの発見

ヴィルヘルム・レントゲン

1895年11月8日、ドイツの物理学教授ヴィルヘルム・レントゲンは、レーナード管とクルックス管の実験中にX線を発見し、研究を始めました。彼は最初の報告書「新しい種類の放射線について：予備的報告」を書き、1895年12月28日にヴュルツブルクの物理医学協会誌に投稿しました。[ 18 ]これはX線に関する最初の論文でした。レントゲンはこの放射線を「X」と呼び、未知の種類の放射線であることを示しています。初期の文献の中には、「X」をギリシャ文字の大文字のカイ（Χ）と解釈して、カイ線と呼ぶものもあります。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]

レントゲンは死後実験ノートを焼却したため、彼の発見については諸説あるが、伝記作家による再構成としては次の通りである: [ 22 ] [ 23 ]レントゲンはクルックス管からの陰極線を調べていた。クルックス管は管からの可視光線が干渉しないように黒いボール紙で包み、白金シアン化バリウムを塗った蛍光板を使っていた。彼は約1メートル (3.3 フィート) 離れたところにあるスクリーンからかすかな緑色の光が発せられていることに気づいた。レントゲンは管から出る目に見えない光線がボール紙を通り抜けてスクリーンを輝かせているのに気づいた。また、それらの光線が机の上の本や書類も通り抜けられることも発見した。レントゲンはこれらの未知の放射線を体系的に調べることに没頭した。最初の発見から 2 ヶ月後、彼は論文を発表した。[ 24 ]

指輪をはめた手：ヴィルヘルム・レントゲンの最初の「医療」X線写真。1895年12月22日に撮影され、1896年1月1日にフライブルク大学物理学研究所のルートヴィヒ・ツェンダーに贈呈された。 [ 25 ] [ 26 ]

レントゲンは、X線によって形成された写真乾板に妻の手の写真を撮影した際に、その医療用途を発見しました。妻の手の写真は、X線を用いて人体の一部を撮影した最初の写真でした。妻はその写真を見て、「私は自分の死を見た」と言いました。[ 27 ]

X線の発見は大きな関心を集めた。レントゲンの伝記作家オットー・グラッサーは、 1896年だけでこの新しい放射線に関する論文が49編、記事が1044本も出版されたと推定している。 [ 28 ]世界中のほぼすべての新聞がこの新しい発見を詳細に報道し、『サイエンス』誌のような雑誌でさえその年だけで23本もの記事を寄稿したことを考えると、この推定値はおそらく控えめなものだっただろう。[ 29 ]この新しい発見に対する扇情的な反応として、この新しい種類の放射線をテレパシーなどのオカルトや超常現象の理論と結びつける出版物も登場した。[ 30 ] [ 31 ]

X線という名称は定着したが、（レントゲンの強い反対にもかかわらず）多くの同僚がレントゲン線と呼ぶことを提案した。現在でも、ドイツ語、ハンガリー語、ウクライナ語、デンマーク語、ポーランド語、チェコ語、ブルガリア語、スウェーデン語、フィンランド語、ポルトガル語、エストニア語、スロバキア語、スロベニア語、トルコ語、ロシア語、ラトビア語、リトアニア語、アルバニア語、日本語、オランダ語、グルジア語、ヘブライ語、アイスランド語、ノルウェー語など、多くの言語でレントゲン線と呼ばれている。

レントゲンはこの発見により第1回ノーベル物理学賞を受賞した。 [ 32 ]

放射線医学の進歩

1800年代後半、初期のクルックス管装置でX線画像を撮影しています。中央にクルックス管が見えます。立っている男性は透視スクリーンで自分の手を見ています。座っている男性は写真乾板に自分の手を置いてレントゲン写真を撮影しています。放射線被曝に対する予防措置は講じられていません。当時は放射線の危険性が知られていなかったからです
1897年にX線検査で弾丸の位置が診断され、外科手術で除去された弾丸（挿入図参照）

レントゲンはすぐにX線の医療応用の可能性に気づきました。12月28日の物理医学会への提出に加え、彼はヨーロッパ各地の知り合いの医師たちに手紙を送りました（1896年1月1日）。[ 33 ]このニュース（そして「シャドウグラム」の作成）は急速に広まり、スコットランドの電気技師アラン・アーチボルド・キャンベル＝スウィントンがレントゲンに次いで初めて（手の）X線写真を撮影しました。2月までに、北米だけで46人の実験者がこの技術を採用しました。[ 33 ]

臨床現場でのX線の最初の使用は、 1896年1月11日にイギリスのバーミンガムでジョン・ホール＝エドワーズによって行われました。彼は同僚の手に刺さった針をX線撮影しました。1896年2月14日、ホール＝エドワーズは外科手術でX線を初めて使用しました。[ 34 ]

ジェームズ・グリーンによる画像、「英国バトラキアンと爬虫類のサイアグラフ」（1897年）より、（左から）ラナ・エスクレンタ（現在はペロフィラックス・レッスンエ）、ラケルタ・ビビパラ（現在はズートカ・ヴィヴィパラ）、およびラケルタ・アジリスをフィーチャー

1896年初頭、レントゲンの発見から数週間後、イヴァン・ロマノヴィチ・タルハノフはカエルや昆虫にX線を照射し、「X線は写真を撮るだけでなく、生物の機能にも影響を与える」と結論付けました。[ 35 ]ほぼ同時期に、動物学者の図解家ジェームズ・グリーンは、X線を用いて脆弱な標本の観察を始めました。ジョージ・アルバート・ブーレンジャーは、 1896年5月にロンドン動物学会で発表した論文の中で、この研究に初めて言及しました。グリーンとジェームズ・H・ガーディナーによる『英国の両生類と爬虫類のSciagraphs』（SciagraphはX線写真の旧称）は、ブーレンジャーの序文とともに1897年に出版されました。[ 36 ] [ 37 ]

アメリカ合衆国で初めて医療用X線が撮影されたのは、イヴァン・プルーイ設計の放電管を用いたものでした。[ 38 ] 1896年1月、レントゲンの発見を読んだダートマス大学のフランク・オースティンは、物理学実験室にあるすべての放電管を検査し、プルーイ管だけがX線を発生することを発見しました。これは、プルーイ管内に蛍光物質のサンプルを保持するために斜めに置かれた雲母の「ターゲット」が組み込まれていたためです。1896年2月3日、同大学の医学教授ギルマン・フロストと物理学教授の弟エドウィン・フロストは、数週間前にギルマンが骨折の治療をしたエディ・マッカーシーの手首をX線にさらし、骨折した骨の画像を、レントゲンの研究にも関心を持っていた地元の写真家ハワード・ランギルから入手したゼラチン写真乾板に記録しました。[ 39 ]

1896年、医学雑誌「Nouvelle Iconographie de la Salpetrière」に掲載された銘板。左手は変形、右手はレントゲン写真で確認された。著者はこの技術をレントゲン写真と名付けた。

多くの実験者、特にレントゲン自身も初期の実験で、何らかの発光スクリーンを用いてX線画像を「生で」観察する方法を考案した。[ 33 ]レントゲンはバリウム白金シアン化物でコーティングされたスクリーンを使用した。1896年2月5日、イタリアの科学者エンリコ・サルヴィオーニ（彼の「クリプトスコープ」）とプリンストン大学のウィリアム・フランシス・マギー（彼の「スキアスコープ」）は、どちらもバリウム白金シアン化物を用いて生画像化装置を開発した。アメリカの発明家トーマス・エジソンはレントゲンの発見直後から研究を開始し、X線照射時に蛍光を発する物質の能力を調査し、タングステン酸カルシウムが最も効果的な物質であることを発見した。1896年5月、彼は最初の量産型生画像化装置「ヴィタスコープ」を開発し、後に透視鏡と呼ばれ、医療用X線検査の標準となった。[ 33 ]エジソンは1903年頃、ガラス職人の一人であったクラレンス・マディソン・ダリーが亡くなる前にX線の研究をやめた。ダリーは自分の手でX線管をテストする癖があり、手に頑固な癌ができ、命を救おうと無駄な試みで両腕を切断した。1904年、彼はX線被曝が原因で死亡した最初の人物として知られている。 [ 33 ]透視装置が開発されていた頃、セルビア系アメリカ人の物理学者ミハイロ・プピンは、エジソンが開発したタングステン酸カルシウムのスクリーンを使用して、蛍光スクリーンを使用すると医療用画像用のX線を作成するのにかかる露出時間が1時間から数分に短縮されることを発見した。[ 40 ] [ 33 ]

1901年、アメリカ合衆国大統領ウィリアム・マッキンリーは、ニューヨーク州バッファローで開催されたパンアメリカン博覧会に出席中、暗殺未遂事件で2発の銃弾を受けた。1発は胸骨をかすめただけだったが、もう1発は腹部の奥深くに突き刺さり、発見されなかった。心配したマッキンリーの補佐官は、発明家トーマス・エジソンに、流れ弾を発見するためバッファローへX線装置を急送するよう指示した。装置は到着したものの、使用されることはなかった。銃撃自体は致命傷には至らなかったものの、弾道に沿って壊疽が進行し、マッキンリーは6日後に細菌感染による敗血症性ショックで死亡した。 [ 41 ]

発見された危険

1895年に科学者、医師、発明家によってX線が発見されて以来、X線を使った実験が広く行われ、当時の技術雑誌には火傷、脱毛、さらにはそれ以上の症状に関する多くの報告が掲載されました。1896年2月、ヴァンダービルト大学のジョン・ダニエル教授とウィリアム・ロフランド・ダドリーは、ダドリーがX線検査を受けた後に脱毛が見られたと報告しました。1896年、頭部を撃たれた子供がヴァンダービルト研究所に運ばれてきました。弾丸を探す前に、ダドリーは「科学への献身的な姿勢」[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]から、ある実験に志願しました。ダニエルは、ダドリーの頭蓋骨の写真を撮影してから21日後（露出時間1時間）、X線管に最も近い頭部の部分に直径5センチメートル（2インチ）の禿げた部分があることに気づいたと報告している。「頭蓋骨の側面にプレートを向けたプレートホルダーを固定し、頭蓋骨と頭部の間にコインを置いた。管は反対側に固定し、髪の毛から0.5インチ（1.3センチ）の距離を置いた。」[ 45 ]

1896年8月、コロンビア大学卒業生のH.D.ホークスは、X線実験で手と胸に重度の火傷を負った。このことはElectrical Review誌に報告され、この出版物にはX線に関連する問題に関する多くの報告が寄せられることになった。[ 46 ]エジソン研究所のエリヒュー・トムソン、ウィリアム・J・モートン、ニコラ・テスラなど多くの実験者も火傷を報告している。エリヒュー・トムソンは、一定期間、意図的に指をX線管にさらし、痛み、腫れ、水ぶくれを経験した。[ 47 ]紫外線や（テスラによれば）オゾンなど、他の影響が損傷の原因であるとされることもありました。[ 15 ]多くの医師は、X線曝露による影響は全くないと主張しました。[ 47 ] 1905年8月3日、カリフォルニア州サンフランシスコで、アメリカのX線研究の先駆者であるエリザベス・フライシュマンが、X線研究の結果生じた合併症で亡くなった。[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]

ホール＝エドワーズは1904年までに癌（当時はX線皮膚炎と呼ばれていた）を発症し、かなり進行したため、X線の危険性に関する論文を執筆し、公の場で講演を行うようになった。1908年には左腕を肘から切断せざるを得なくなり[ 51 ] [ 52 ]、その後まもなく右腕の4本の指も切断され、親指だけが残った。切断された左手はバーミンガム大学に標本として提出された[ 53 ] 。彼は1926年に癌で亡くなった。

20世紀以降

1940年、胸部透視装置で検査を受けている患者。透視装置には連続的に動く画像が映し出されていた。この画像は、X線検査中の放射線被曝はごくわずかであると主張するために使用された。

X線の多様な応用は、たちまち大きな関心を集めました。工房ではX線発生用のクルックス管の特殊版が製作され始め、これらの第一世代の冷陰極管、すなわちクルックスX線管は1920年頃まで使用されました。[ 54 ]

20世紀初頭の典型的な医療用X線システムは、冷陰極クルックスX線管に接続されたルームコルフコイルで構成されていました。スパークギャップは通常、管の高電圧側に並列に接続され、診断目的で使用されました。[ 55 ]スパークギャップは、スパークの極性を検出し、スパークの長さから電圧を測定することで管の真空度の「硬さ」を判定することを可能にし、X線管が切断された場合の負荷としても機能しました。管の硬さを検出するために、スパークギャップは最初に最大に開かれました。コイルの動作中、操作者はスパークが現れ始めるまでギャップを狭めました。スパークギャップが約6.4センチメートル（2.5インチ）でスパークし始める管は、軟らかく（低真空）であると考えられ、手や腕などの細い体の部分に適しています。13センチメートル（5インチ）のスパークは、その管が肩や膝に適していることを示しています。 18～23センチメートル（7～9インチ）の火花は、より大きな個体の腹部を撮影するのに適した高い真空状態を示しています。火花ギャップは管に並列に接続されているため、撮影のために管を作動させるには、火花が止まるまで火花ギャップを開く必要がありました。写真乾板の露光時間は、手の場合は約30秒、胸部の場合は数分でした。露光時間を短縮するために、乾板には少量の蛍光塩が添加されている場合があります。[ 55 ]

クルックス管は信頼性に欠けていました。完全に真空にすると電流が流れないため、少量のガス（必ず空気）を封入する必要がありました。しかし、時間が経つにつれて、X線によってガラスがガスを吸収し、管はより「硬い」X線を発生するようになり、やがて動作を停止しました。より大型で使用頻度の高い管には、「軟化装置」と呼ばれる空気を回復させるための装置が備えられていました。これは多くの場合、小さな側管の中に雲母（マイカ）の小片が入ったもので、マイカは比較的大量の空気を内部に閉じ込める鉱物です。小型の電気ヒーターで雲母を加熱すると、雲母か​​ら少量の空気が放出され、管の効率が回復しました。しかし、雲母の寿命には限りがあり、回復プロセスを制御するのは困難でした。

1904年、ジョン・アンブローズ・フレミングは最初の真空管である熱電子ダイオードを発明しました。これは真空中に電流を流す熱陰極を用いていました。このアイデアはすぐにX線管に応用され、「クーリッジ管」と呼ばれる加熱陰極型X線管が、1920年頃までに、扱いにくかった冷陰極管に完全に取って代わりました。

1906年頃、物理学者チャールズ・バークラは、X線が気体によって散乱され、それぞれの元素が特徴的なX線スペクトルを持つことを発見しました。彼はこの発見により、 1917年のノーベル物理学賞を受賞しました。[ 56 ]

1912年、マックス・フォン・ラウエ、パウル・クニッピング、ヴァルター・フリードリヒは、結晶によるX線の回折を初めて観測しました。この発見は、パウル・ペーター・エーヴァルト、ウィリアム・ヘンリー・ブラッグ、ウィリアム・ローレンス・ブラッグの初期の研究とともに、X線結晶学という分野を生み出しました。[ 57 ]

1913年、ヘンリー・モーズリーは様々な金属から放射されるX線を用いた結晶構造解析の実験を行い、X線の周波数と金属の原子番号を関連付けるモーズリーの法則を定式化した。 [ 58 ]

クーリッジX線管は、同年にウィリアム・D・クーリッジによって発明されました。これにより、X線の連続放射が可能になりました。現代のX線管はこの設計に基づいており、多くの場合、回転ターゲットを採用しています。これにより、静止ターゲットよりも大幅に高い放熱性が得られ、回転CTスキャナなどの高出力アプリケーションでの使用において、より高いX線出力が可能になります。

チャンドラが撮影した銀河団 Abell 2125 の画像には、合体過程にある数百万度という巨大なガス雲の複合体がいくつか写っている。

X線の医療利用（後に放射線治療の分野へと発展）は、イギリスのバーミンガムでジョン・ホール＝エドワーズ少佐によって開拓されました。しかし1908年、彼は腕にX線皮膚炎が広がったため、左腕を切断せざるを得ませんでした。 [ 59 ]

医学界も映画を用いて人体生理学を研究しました。1913年、デトロイトで人間の胃の中に固ゆで卵が入っている様子を映した映画が制作されました。この初期のX線映画は、4秒ごとに1枚の静止画を記録しました。[ 60 ]ニューヨークのルイス・グレゴリー・コール博士はこの技術の先駆者であり、彼はこれを「連続放射線撮影法」と呼びました。[ 61 ] [ 62 ] 1918年には、X線を映画用カメラと組み合わせて、動く人体の骨格を撮影しました。[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ] 1920年には、イギリスの音声学研究所が言語研究において、舌と歯の動きを記録するためにX線を使用しました。[ 66 ]

1914年、マリー・キュリーは第一次世界大戦で負傷した兵士を支援するために、放射線車を開発しました。この車は負傷兵のX線画像を迅速に撮影することを可能にし、戦場の外科医がより迅速かつ正確に手術を行うことができました。[ 67 ]

1920年代初頭から1950年代にかけて、靴のフィッティングを支援するためにX線装置が開発され[ 68 ]、靴専門店に販売されました[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] 。 1950年代には、頻繁な使用や不適切な使用による影響に対する懸念が表明され[ 72 ] [ 73 ]、この行為は最終的に衰退しました。キャンベラは1957年に禁止を提案し[ 74 ] 、スイスは1989年にこの装置を禁止しました[ 75 ]。

X線顕微鏡は1940年代後半から1950年代初頭にかけて開発されました。[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]

1999年7月23日に打ち上げられたチャンドラX線観測衛星は、X線を生成する宇宙における非常に激しいプロセスの探査を可能にしてきました。可視光は比較的安定した宇宙の様相を呈しますが、X線宇宙は不安定です。ブラックホール、銀河衝突、新星爆発によって引き裂かれる星々、そしてプラズマ層を形成し宇宙空間に爆発する中性子星などが観測されます。

クモの位相差X線画像

1980年代、レーガン政権の戦略防衛構想（SDI）の一環として、X線レーザー装置が提案されましたが、この装置（熱核爆発を動力源とする一種のレーザー「ブラスター」またはデスレイ）の唯一の試験では、決定的な結果は得られませんでした。技術的および政治的な理由から、X線レーザーを含むプロジェクト全体の資金は打ち切られました（しかし、後に第2次ブッシュ政権によって異なる技術を用いた国家ミサイル防衛（ NMDF）として復活しました）。

位相コントラスト X 線イメージングは​​、 X 線ビームの位相情報を使用して画像を形成するさまざまな技術を指します。密度の違いに対する感度が高いため、特に軟組織のイメージングに有効です。これは、広範囲の生物学および医学研究で細胞および組織学的構造を視覚化するための重要な方法になっています。X 線位相コントラストイメージングにはいくつかの技術が使用されていますが、すべて異なる原理を使用して、物体から発生する X 線の位相変化を強度変化に変換します。[ 79 ] [ 80 ]これらには、伝播ベースの位相コントラスト、[ 81 ]タルボット干渉法、[ 80 ]屈折強調イメージング、[ 82 ]および X 線干渉法が含まれます。[ 83 ]これらの方法は、通常の吸収ベースの X 線イメージングと比較してコントラストが高く、ほぼ同じ密度の詳細を互いに区別することができます。欠点は、これらの方法には、シンクロトロンまたはマイクロフォーカスX 線源、X 線光学系、高解像度 X 線検出器などのより高度な機器が必要になることです。

エネルギー範囲

X線は電磁スペクトルの一部であり、波長は紫外線よりも短い。用途によってX線スペクトルの異なる部分が利用される。

軟X線と硬X線

5～10 keV以上（波長0.2～0.1 nm未満）の高光子エネルギーを持つX線は硬X線と呼ばれ、より低いエネルギー（波長が長い）を持つX線は軟X線と呼ばれます。[ 84 ]光子エネルギーが数keVの中間範囲は、柔らかいX線と呼ばれることがよくあります。硬X線は透過力があるため、物体内部の画像化に広く使用されています（医療用X線撮影や空港のセキュリティなど）。 「X線」という用語は、この方法自体に加えて、この方法で作成された放射線画像を指すために換喩的に使用されます。硬X線の波長は原子の大きさに似ているため、X線結晶構造解析で結晶構造を決定するのにも役立ちます。対照的に、軟X線は空気中で容易に吸収されます。600 eV（約2 nm）のX線の水中での減衰長は1マイクロメートル未満です。[ 85 ]

ガンマ線

X 線とガンマ線を区別する定義についてはコンセンサスが得られていない。一般的な方法としては、発生源に基づいて 2 種類の放射線を区別する方法がある。X 線は電子の脱励起によって放出され、ガンマ線は原子核の崩壊によって放出される。[ 86 ] [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]この定義にはいくつかの限界がある。たとえば、ガンマ線と X 線のエネルギー範囲には重複があるため、光子の発生源が不明な場合は、その光子をどちらに分類するかが明確でない可能性がある。別の方法としては、波長 (または同等に、周波数または光子エネルギー) に基づいて X 線とガンマ線を区別する方法があり、10 −11  m (0.1  Å ) などの任意の波長よりも短い放射線はガンマ線と定義される。[ 90 ]この基準は、光子を明確なカテゴリに割り当てるが、波長がわかっている場合にのみ可能である。 （一部の測定技術では、検出される波長を区別しません。）しかし、X線管から放出される電磁放射線は、一般的に放射性原子核から放出される放射線よりも波長が長く、光子エネルギーが低いため、これら2つの定義はしばしば一致します。[ 86 ]歴史的前例、測定（検出）技術、または波長や発生源ではなく使用目的に基づいて、特定の文脈でどちらかの用語が使用される場合があります。したがって、例えば放射線治療などの医療および産業用途で生成される6～20 MeVの ガンマ線も、この文脈ではX線と呼ばれることがあります。[ 91 ]

特性

電離放射線危険シンボル

X線光子は原子を電離させ分子結合を破壊するのに十分なエネルギーを持っています。[ 92 ]このため、X線は電離放射線の一種となり、生体組織に有害です。短時間に非常に高い放射線量を浴びると火傷や放射線病を引き起こし、低い放射線量では放射線誘発がんのリスクが高まります。医療用画像診断では、このがんリスクの増加は検査のメリットによって大きく上回られるのが一般的です。[ 93 ] X線の電離能力は、放射線療法を用いて悪性細胞を殺すがん治療に利用できます。また、 X線分光法を用いた材料特性評価にも使用されます。

硬X線は、比較的厚い物体をほとんど吸収または散乱されることなく透過することができます。このため、X線は視覚的に不透明な物体の内部を画像化するために広く利用されています。最もよく見られる用途は医療用X線撮影や空港のセキュリティスキャナーですが、同様の技術は産業分野（工業用X線撮影や工業用CTスキャンなど）や研究分野（小動物CTなど）でも重要です。透過深度はX線スペクトル全体にわたって数桁変化します。これにより、光子エネルギーを用途に合わせて調整することで、物体を十分に透過させながら、同時に画像に 良好なコントラストを与えることができます。

X線は可視光よりもはるかに短い波長を持つため、通常の顕微鏡では見えないほど小さな構造を調べることができます。この特性は、X線顕微鏡による高解像度画像の取得や、X線結晶構造解析による結晶中の原子の位置の特定に利用されています。

物質との相互作用

水中でのX線の減衰長。540eVの酸素吸収端、光吸収のエネルギー-3依存性、およびコンプトン散乱による高光子エネルギーでの平坦化を示しています。減衰長は、硬X線（右半分）の方が軟X線（左半分）よりも約4桁長くなります

X線は、主に光吸収、コンプトン散乱、レイリー散乱という3つの方法で物質と相互作用します。これらの相互作用の強さは、X線のエネルギーと物質の元素組成に依存しますが、X線光子のエネルギーは化学結合エネルギーよりもはるかに高いため、化学的性質にはあまり左右されません。軟X線領域および低エネルギーの硬X線領域では、光吸収または光電吸収が主要な相互作用メカニズムです。高エネルギー領域では、コンプトン散乱が支配的になります。

光電吸収

単位質量あたりの光電吸収の確率は、ほぼ に比例します。ここで、は原子番号、は入射光子のエネルギーです。[ 94 ]この法則は、相互作用確率が急激に変化する、いわゆる吸収端がある内殻電子結合エネルギー付近では当てはまりません。しかし、低い光子エネルギーと高い原子番号では、吸収係数が高く、したがって侵入深度が短くなるという一般的な傾向は非常に強いです。軟組織の場合、コンプトン散乱が優勢になる約26 keVの光子エネルギーまで、光吸収が支配的です。原子番号が高い物質では、この限界は高くなります。骨に含まれるカルシウム（）の量が多く、密度が高いため、医療用レントゲン写真で骨が非常に鮮明に写ります Z3/E3{\textstyle Z^{3}/E^{3}}Z{\textstyle Z}E{\textstyle E}Z＝20{\textstyle Z=20}

光吸収された光子は、相互作用する電子にそのエネルギーをすべて伝達します。その結果、電子が結合していた原子は電離し、光電子が生成されます。この光電子は、その経路上にある他の原子も電離させる可能性があります。外側の電子は空いた電子の位置を埋め、特性X線またはオージェ電子を生成します。これらの効果は、X線分光法またはオージェ電子分光法による元素検出に利用できます。

コンプトン散乱

コンプトン散乱は、医用画像診断においてX線と軟部組織の間で支配的な相互作用である。[ 95 ]コンプトン散乱は、外殻電子によるX線光子の非弾性散乱である。光子のエネルギーの一部は散乱電子に移行し、それによって原子が電離してX線の波長が長くなる。散乱光子はどの方向に進む可能性があるが、特に高エネルギーX線の場合は、元の方向と似た方向に進む可能性が高くなります。異なる散乱角の確率は、クライン–仁科の式で説明されます。伝達されたエネルギーは、エネルギーと運動量保存則から散乱角から直接得ることができます。

レイリー散乱

レイリー散乱は、 X線領域における主要な弾性散乱機構です。 [ 96 ]非弾性前方散乱は屈折率を生じますが、X線の場合、屈折率は1をわずかに下回ります。[ 97 ]

生成

十分なエネルギーを持つ荷電粒子（電子またはイオン）が物質に衝突すると、X線が発生します

電子による生成

いくつかの一般的な陽極材料の特性X線輝線。[ 98 ] [ 99 ]
陽極材料原子番号光子エネルギー [keV]波長 [nm]
K α1K β1K α1K β1
西7459.367.20.02090.0184
月4217.519.60.07090.0632
銅298.058.910.1540.139
銀4722.224.90.05590.0497
ガ319.2510.260.1340.121
で4924.227.30.05120.0455
アル131.48671.55740.83400.7961
60kVで動作させた ロジウムターゲット付きX線管から放出されるX線のスペクトル。滑らかで連続的な曲線は制動放射線によるもので、スパイク状の部分はロジウム原子に特徴的なK線です

X線はX線管によって発生させることができる。X線管は高電圧を用いて熱陰極から放出された電子を高速まで加速する真空管である。高速電子は金属ターゲットである陽極に衝突し、X線を生成する。[ 100 ]医療用X線管では、ターゲットは通常タングステン、またはより割れにくいレニウム(5%)とタングステン(95%)の合金であるが、マンモグラフィーのようにより軟らかいX線が必要な場合など、より特殊な用途ではモリブデンが使用されることもある。結晶学では銅ターゲットが最も一般的であるが、サンプル中の鉄含有量からの蛍光が問題となる可能性がある場合はコバルトがよく使用される。X線光電子分光法のようにさらに低いエネルギーが必要な場合は、アルミニウムまたはマグネシウムターゲットからのKαX線がよく使用さ れる。

生成されるX線光子の最大エネルギーは入射電子のエネルギーによって制限されます。入射電子のエネルギーは管球の電圧と電子電荷の積に等しいため、80kVの管球では80keVを超えるエネルギーのX線を生成することはできません。電子が標的に衝突すると、2つの異なる原子過程によってX線が生成されます。

  1. 特性X線放出（X線エレクトロルミネセンス）：電子が十分なエネルギーを持っている場合、標的原子の内殻電子を叩き出すことができます。その後、より高いエネルギーレベルの電子が空孔を埋め、X線光子が放出されます。このプロセスにより、スペクトル線と呼ばれることもある、いくつかの離散的な周波数でX線の放出スペクトルが生成されます。通常、これらは上殻からK殻（K線と呼ばれる）、L殻（L線と呼ばれる）への遷移などです。2pから1sへの遷移はKα、3pから1sへの遷移はKβと呼ばれます。これらの線の周波数は標的の材料によって異なるため、特性線と呼ばれます。Kα線は通常、Kβ線よりも強度が高く、回折実験ではより望ましいものです。そのため、Kβ線はフィルターによって除去されます。フィルターは通常、陽極材料よりも陽子が 1 個少ない金属で作られています (例: Cu 陽極の場合は Ni フィルター、Mo 陽極の場合は Nb フィルター)。
  2. 制動放射線：これは、原子核近傍の強い電場によって散乱された電子から放出される放射線です。これらのX線は連続スペクトルを持ちます。制動放射線の周波数は、入射電子のエネルギーによって制限されます。

したがって、管球の出力は、管電圧でゼロに減衰する連続的な制動放射線スペクトルと、特性線における複数のスパイクから構成されます。診断用X線管球で使用される電圧はおよそ20 kVから150 kVの範囲であり、したがってX線光子の最高エネルギーもおよそ20 keVから150 keVの範囲です。[ 101 ]

これらのX線発生プロセスはどちらも非効率であり、管球で消費される電気エネルギーの約1%しかX線に変換されないため、管球で消費される電力の大部分は廃熱として放出されます。使用可能なX線束を生成するには、X線管球は余分な熱を放散するように設計する必要があります。

研究において広く利用されつつある特殊なX線源として、粒子加速器によって生成されるシンクロトロン放射があります。そのユニークな特徴は、X線管球よりも桁違いに高いX線出力、広いX線スペクトル、優れたコリメーション、そして直線偏光です。[ 102 ]

中程度の真空中で粘着テープを裏紙から剥がすと、ピークエネルギーが15keVの短いナノ秒X線バーストを確実に発生させることができる。これは、摩擦帯電によって発生した電荷の再結合の結果であると考えられる。X線摩擦発光の強度は、X線イメージングの光源として十分に高い。[ 103 ]

高速陽イオンによる生成

X線は高速陽子やその他の陽イオンによっても生成される。陽子誘起X線放出または粒子誘起X線放出は、分析手法として広く用いられている。高エネルギーの場合、生成断面積はZ 1 2 Z 2 −4に比例する。ここで、Z 1はイオンの原子番号、 Z 2は標的原子の原子番号を表す。[ 104 ]これらの断面積の概要は、同じ参考文献に記載されている。

雷と実験室放電における生成

X線は地球のガンマ線フラッシュを伴う雷でも生成される。基本的なメカニズムは、雷に関連する電界内での電子の加速と、それに続く制動放射線による光子の生成である。[ 105 ]これにより、数keVから数十MeVのエネルギーを持つ光子が生成される。[ 106 ]ギャップサイズが約1メートルの長さでピーク電圧が1MVの実験室放電では、特性エネルギー160keVのX線が観測されている。[ 107 ]考えられる説明としては、2つのストリーマーが遭遇し、高エネルギーの逃走電子が生成されることである。[ 108 ]しかし、微視的シミュレーションでは、2つのストリーマー間の電界増強の持続時間は短すぎて、大量の逃走電子が生成されないことが示されている。[ 109 ]最近、ストリーマー付近の空気の擾乱が逃走電子の生成を促進し、それによって放電からのX線の発生を促進する可能性があることが提案されている。[ 110 ] [ 111 ]

検出器

X線検出器は、その用途によって形状や機能が異なります。レントゲン撮影に使用されるような画像検出器は、もともと写真乾板、後に写真フィルムをベースにしていましたが、現在ではイメージプレートやフラットパネル検出器などの様々なデジタル検出器に置き換えられています。放射線防護のためには、直接被ばくの危険性は電離箱を用いて評価されることが多く、線量計は人が被ばくした放射線量を測定するために使用されます。X線スペクトルは、エネルギー分散型または波長分散型分光計のいずれかで測定できます。X線結晶構造解析などのX線回折用途では、ハイブリッド光子計数検出器が広く使用されています。[ 112 ]

医療用途

病院の放射線科でX線検査を受ける患者
食道裂孔ヘルニアを示す女性患者の胸部X線写真

レントゲンがX線で骨の構造を識別できることを発見して以来、X線は医用画像診断に利用されてきました。[ 113 ]最初の医療用途は、彼がこのテーマに関する論文を発表してから1か月も経たないうちに行われました。[39] 2010年までに、世界中で50億件の医用画像診断検査が行われました。[ 114 ] 2006年の医用画像診断による放射線被曝は、米国における総電離放射線被曝の約50％を占めました。[ 115 ]

投影X線写真

右膝の単純X線写真

投影X線写真は、X線を用いて2次元画像を作成する方法です。骨にはカルシウムが高濃度に含まれており、原子番号が比較的高いため、X線を効率的に吸収します。これにより、骨の影にある検出器に到達するX線の量が減少し、骨がX線写真で明瞭に見えます。肺と閉じ込められたガスも、組織に比べて吸収率が低いため明瞭に写りますが、組織の種類による違いは見にくくなります。[ 116 ]

投影レントゲン写真は、骨格系の病変の検出や、軟部組織の疾患プロセスの検出に有用である。注目すべき例としては、肺炎、肺癌、肺水腫などの肺疾患の特定に使用可能な非常に一般的な胸部X線検査や、腸閉塞、遊離ガス（内臓穿孔による）、遊離液（腹水内）の検出に使用可能な腹部X線検査がある。また、X線検査は、胆石（放射線不透過性であることはまれ）や腎結石など、多くの場合（常にではないが）目に見える病変の検出にも使用される。従来の単純X線検査は、脳や筋肉などの軟部組織の画像化にはあまり有用ではない。投影レントゲン写真が広く使用されている分野の一つは、膝関節、股関節、肩関節置換術などの整形外科用インプラントが周囲の骨に対して体内でどのように配置されているかを評価することである。これは、単純レントゲン写真から2次元的に評価できるほか、「2D-3Dレジストレーション」と呼ばれる技術を用いれば3次元的に評価することも可能です。この技術は、単純レントゲン写真からインプラントの位置を評価する際に生じる投影誤差を排除できると言われています。[ 117 ]

歯科用放射線検査は、虫歯などの一般的な口腔疾患の診断によく使用されます。[ 118 ]

医療診断用途では、低エネルギー（軟）X線は人体に完全に吸収され、画像には寄与せずに放射線量を増加させるため、不要とされています。そのため、X線フィルターと呼ばれる薄い金属板（多くの場合アルミニウム製）がX線管の窓の上に置かれ、スペクトルの低エネルギー部分を吸収します。これは、スペクトルの中心を高エネルギー（または硬い）X線の方に移動させるため、ビームの硬化と呼ばれます。 [ 119 ] [ 120 ]

動脈と静脈を含む心血管系の画像（血管造影）を生成するには、まず関心のある解剖学的領域を撮影します。次に、この領域内の血管にヨード造影剤を注入した後、同じ領域で2枚目の画像を撮影します。これらの2枚の画像をデジタル減算することで、血管の輪郭を示すヨード造影剤のみの画像が残ります。放射線科医または外科医は、得られた画像を通常の解剖学的画像と比較し、血管の損傷や閉塞の有無を判断します。

コンピュータ断層撮影

頭部CTスキャン（横断面）スライス -医療用放射線撮影の最新応用

コンピュータ断層撮影（CTスキャン）は、さまざまな方向から撮影された大量の2次元X線画像から、体の特定の領域の断層画像またはスライス画像を取得する医療用画像診断法です。 [ 121 ]これらの断面画像は、体の内部の3次元画像に組み合わせることができます。 [ 122 ] CTスキャンは、さまざまな医療分野で診断および治療の目的で使用できる、より迅速で費用対効果の高い画像診断法です。[ 122 ]

透視検査

透視検査は、医師や放射線療法士が透視装置を用いて患者の内部構造のリアルタイムの動画を取得するために一般的に使用する画像診断技術です。[ 123 ]最も単純な形態の透視装置は、X線源と蛍光スクリーンで構成され、その間に患者が配置されます。しかし、現代の透視装置は、スクリーンをX線イメージインテンシファイアとCCDビデオカメラに接続し、画像をモニターで記録および再生できるようにしています。この方法では造影剤が使用される場合があります。例としては、心臓カテーテル検査（冠動脈閉塞の検査）、塞栓術（痔核動脈塞栓術中の出血を止めるため）、バリウム嚥下検査（食道疾患および嚥下障害の検査）などがあります。近年、現代の透視検査では、連続ビームではなく短いバーストのX線を使用することで、患者と術者の両方の放射線被ばくを効果的に低減しています。[ 123 ]

放射線療法

X線を治療に用いることは放射線療法として知られており、主に癌の管理（緩和ケアを含む）に用いられている。放射線療法では、画像診断のみで受ける放射線量よりも高い放射線量が必要となる。X線ビームは、低エネルギーのX線ビームを用いて皮膚癌の治療に用いられ、高エネルギーのビームは脳、肺、前立腺、乳癌などの体内の癌の治療に用いられる。[ 124 ] [ 125 ]

悪影響

妊婦の腹部X線写真

X線は電離放射線の一種で、世界保健機関の国際がん研究機関と米国政府の両方から発がん性物質として分類されています。 [ 114 ] [ 126 ] 診断用X線（主にCTスキャンで大量の放射線を使用するため）は、被曝した人の発達障害やがんのリスクを高めます。[ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] 米国における現在のがんの0.4％は過去に行われたコンピューター断層撮影（CTスキャン）によるものと推定されており、2007年のCT使用率ではこの割合は1.5～2％にまで増加する可能性があります。[ 130 ]

実験的データと疫学的データは、現在のところ、放射線量に閾値があり、それ以下では癌のリスクが増加しないという命題を支持していない。[ 131 ]しかし、これには疑問が高まっている。[ 132 ]癌のリスクは、1100 mGyの被曝から始まる可能性がある。[ 133 ]診断用X線による追加の放射線により、平均的な人が75歳までに癌になる累積リスクが0.6～3.0％増加すると推定されている。[ 134 ]吸収される放射線の量は、X線検査の種類と関連する体の部位によって異なる。[ 130 ] CTと透視検査では、単純X線よりも高い放射線量がかかる。

このリスク増加の全体像を把握するために、通常の胸部X線検査では、人が（場所に応じて）10日間毎日浴びる背景放射線と同量の背景放射線に被ばくするが、歯科用X線検査の被ばくは、環境背景放射線1日分とほぼ同等である。 [ 135 ]このようなX線検査1回あたり、生涯のがんリスクは100万人あたり1人未満増加する。腹部または胸部CT検査は、全身で2～3年分の背景放射線、腹部または胸部で4～5年分の背景放射線に相当し、生涯のがんリスクは1,000人に1人から10,000人に1人増加する。[ 135 ]これは、米国民が生涯でがんを発症する確率が約40％であることと比較される。[ 136 ]例えば、胸部CTスキャンによる胴体への実効線量は約5mSv、吸収線量は約14mGyです。[ 137 ]造影剤使用時と非使用時の頭部CTスキャン（1.5mSv、64mGy）[ 138 ]を1回ずつ行うと、頭部への自然放射線の40年間分に相当します。CTによる実効線量の正確な推定は困難であり、成人の頭部スキャンでは、使用する方法に応じて推定の不確実性の範囲が約±19%から±32%となります。[ 139 ]

放射線のリスクは胎児にとってより大きいため、妊娠中の患者では、検査（X 線）の利点と胎児への潜在的な危険性とのバランスを取る必要があります。[ 140 ] [ 141 ] 9 か月に 1 回のスキャンであれば、胎児に有害となる可能性があります。[ 142 ]そのため、妊娠している女性は、放射線を使用しない超音波検査を画像診断として受けます。[ 142 ]放射線被ばくが多すぎると、胎児または母親の生殖器に有害な影響を与える可能性があります。[ 142 ]米国では、年間 6,200 万件の CT スキャンが実行されていると推定されており、そのうち 400 万件以上は子供に対するものです。[ 130 ]不必要な X 線（特に CT スキャン）を避けることで、放射線量とそれに関連する癌のリスクを減らすことができます。[ 143 ]

医療用X線は、人為的放射線被曝の大きな発生源である。1987年には、米国における人為的発生源からの被曝の58%を医療用X線が占めていた。人為的発生源は総放射線被曝のわずか18%を占め、その大部分は自然発生源（82%）に由来するため、医療用X線は米国全体の放射線被曝の10%を占めるに過ぎず、医療処置全体（核医学を含む）は総放射線被曝の14%を占めていた。しかし、2006年までに、米国における医療処置は、1980年代初頭よりもはるかに多くの電離放射線を放出するようになった。2006年には、医療被曝は、米国民の全発生源からの総放射線被曝のほぼ半分を占めていた。この増加は、医療用画像診断法、特にコンピューター断層撮影（CT）の利用増加と、核医学の利用増加に起因する。[ 115 ] [ 144 ]

イギリス、バーミンガム歯科病院のX線防護窓。メーカーのステッカーには、150KVで2.24mmの鉛に相当すると記載されている。

歯科用X線撮影による被ばく線量は、撮影方法や技術（フィルムまたはデジタル）によって大きく異なります。撮影方法や技術によって異なりますが、ヒトの場合、1回の歯科用X線撮影で5～40μSvの被ばくが発生します。口腔全体のX線撮影では、最大60μSv（デジタル）～180μSv（フィルム）の被ばくが発生する可能性があり、年間平均では最大400μSvとなります。[ 145 ] [ 146 ] [ 147 ] [ 148 ] [ 149 ] [ 150 ] [ 151 ]

金銭的インセンティブはX線撮影の使用に大きな影響を与えることが示されており、X線撮影ごとに別途料金が支払われる医師はより多くのX線撮影を行う。[ 152 ]

初期光子トモグラフィーまたはEPT [ 153 ]（2015年現在）は、他の技術[ 154 ]とともに、イメージングアプリケーションにおけるX線の潜在的な代替として研究されています。

その他の用途

X線のその他の注目すべき用途には以下が含まれます。

この回折パターンにおける反射と呼ばれる各点は、結晶を通過する散乱X線の建設的干渉によって形成されます。このデータは結晶構造を決定するために使用できます
検査と品質管理にX線を使用：ダイとボンドワイヤの構造の違いから、左側のチップが偽造品であることが明らかになりました。[ 165 ]
  • 自動X線検査は、包装された物品の真贋判定と品質管理のためにX線を使用する検査です。食品や医薬品に含まれる異物の特定にも使用できます。[ 166 ] [ 167 ]
  • 産業用CT（コンピュータ断層撮影）は、X線装置を用いて部品の外部および内部の3次元画像を作成するプロセスです。これは、スキャンされた物体の多方向からの投影画像をコンピュータ処理することで実現されます。[ 168 ]
  • 空港のセキュリティ手荷物スキャナーは、航空機に積み込む前に、X線を使用して手荷物の内部を検査し、セキュリティ上の脅威がないか確認します。[ 169 ] [ 170 ]
  • 国境管理トラックのスキャナーと国内警察は、トラックの内部を検査するためにX線を使用しています。 [ 171 ]
ピーター・デイズリーによるダツのX線美術写真

可視性

X線は可視光スペクトルを構成する波長の範囲外ですが、特殊な状況下では目で検知できます。1895年のレントゲンの画期的な論文発表から間もなく、ブランデスは実験を行いました。暗順応後、X線管に目を近づけると、眼球自体から発せられているように見えるかすかな「青灰色」の輝きが観測されたと報告しています。[ 177 ]これを聞いたレントゲンは記録簿を調べ直し、自分も同じ現象を目撃していたことを発見しました。レントゲンは木製のドアの反対側にX線管を置いた際に、眼球自体から発せられているように見える同じ青い輝きに気づいていましたが、この現象が観測されたのは特定の種類の管を使った時だけだったため、自分の観察は誤りだと考えました。後に彼は、この現象を生み出した管こそが、輝きをはっきりと見えるようにするのに十分な出力を持つ唯一の管であることに気づき、この実験はその後容易に再現可能となりました。 X線が暗順応した肉眼で実際にかすかに検出できるという知識は、今日ではほとんど忘れ去られている。これはおそらく、現在では無謀で危険で潜在的に有害な電離放射線の実験と見なされるであろうことを繰り返さないという願望によるものであろう。レントゲンとブランデスが説明した可視性が眼の中でどのようなメカニズムで生成されたかは不明であるが、眼の硝子体を通過するX線によって引き起こされるチェレンコフ放射が適切な説明である。 [ 178 ]輝きの他の可能性のある説明としては、宇宙線の視覚現象に関する実験中に見られる閃光の例に似た、X線による網膜細胞の直接的な励起が挙げられる。[ 179 ]

外観画像
画像アイコンESRFウィグラーにおけるX線誘起空気電離

X線は目に見えませんが、X線ビームの強度が十分に高ければ、空気分子の電離を観察することができます。欧州シンクロトロン放射施設（ ESRF）の ウィグラーからのビームラインは、そのような高強度の例です。[ 180 ]

測定単位と露出

X線の電離能力の尺度は被曝線量と呼ばれる：[ 181 ]

しかし、電離放射線が物質（特に生体組織）に及ぼす影響は、発生する電荷よりも、そこに蓄積されるエネルギーの量に密接に関係しています。この吸収されるエネルギーの量は吸収線量と呼ばれます。[ 181 ]

  • グレイ(Gy) は (ジュール/キログラム) の単位で、吸収線量の SI 単位で、あらゆる種類の物質 1 キログラムに1ジュールのエネルギーを付与するために必要な放射線の量です。
  • radは（現在は使われていない）対応する従来の単位で、1 キログラムあたりに蓄積されるエネルギーの 10 ミリジュールに相当します。100 rad = 1 グレイです。

等価線量とは、放射線が人体組織に及ぼす生物学的影響の尺度です。X線の場合、吸収線量に相当します。[ 181 ]

  • レントゲン当量マン（レム）は、等価線量の伝統的な単位です。X線の場合、これはラドに相当し、言い換えれば1キログラムあたり10ミリジュールのエネルギーが蓄積されることを意味します。100レム = 1シーベルト。
  • シーベルト（Sv）は、等価線量および実効線量のSI単位です。X線の場合、「等価線量」は数値的にグレイ（Gy）に等しくなります。1 Sv = 1 Gyです。X線の「実効線量」は通常、グレイ（Gy）と等しくありません。
電離放射線関連量
数量 単位 記号 由来 年 SI換算値
活動（A） ベクレルBq s -11974 SI単位
キュリーCi 3.7 × 10 10  s −11953 3.7 × 10 10 ベクレル
ラザフォードRd 10 6 秒1946 100万ベクレル
露出（X） クーロン/キログラムC/kg 空気の C⋅kg -11974 SI単位
レントゲンR えす/0.001 293  gの空気 1928 2.58 × 10⁻⁾⁾ C  /kg
吸収線量（D） グレイグレイ J ⋅kg −11974 SI単位
エルグ/グラム erg/g erg⋅g −11950 1.0 × 10 -4  Gy
ラドラド 100エルグ⋅グラム1953 0.010グレイ
等価線量（H） シーベルトSv J⋅kg −1 × W R1977 SI単位
レントゲン当量（人）レム 100 erg⋅g −1 × W R1971 0.010シーベルト
実効線量（E） シーベルトSv J⋅kg −1 × W R × W T1977 SI単位
レントゲン当量（人）レム 100 erg⋅g −1 × W R × W T1971 0.010シーベルト

参照

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