Najważniejsze pojęcia.

W dzisiejszym dniu, samo określenie Roentgen, oznacza jednostkę dawki promieniowania jonizującego [1R], elektromagnetycznego. Promieniowaniem tym, może być zarówno promieniowanie rentgenowskie, jak i promieniowanie gamma, czy inne elektromagnetyczne. 1 rentgen jest to taka ilość promieniowania, która powoduje powstanie w 1 cm3 powietrza jonów, unoszących 1 jednostkę ładunku elektrostatycznego każdego znaku. Dawka ta jest także określana w radioterapii, mianem dawki ekspozycyjnej. Oprócz dawek wyrażanych w rentgenach, stosuje się także inne oznaczenia, takie jak rad, czy rem.

Opad promieniotwórczy

Jest to opad w postaci substancji promieniotwórczych jaki powstaje w przypadku wybuchu jądrowego. Opad promieniotwórczy jest jednym z czynników rażenie w czasie wybuchu jądrowego.

W skład opadu promieniotwórczego wchodzi ok. 50 pierwiastków, które powstają w wyniku rozszczepienia jąder innych pierwiastków. Oprócz nich w opadzie też znajdują się inne elementy takie jak materiały konstrukcyjne z których została zbudowana bomba atomowa. Większość z izotopów jakie powstały w wyniku rozszczepienia jądrowego charakteryzuje się krótkim czasem życia, dzięki czemu w stosunkowo krótkim czasie ich ilość drastycznie się zmniejsza. To ile takich substancji promieniotwórczych zostanie wyprodukowanych w takim wybuchu, zależy głównie od mocy bomby. Z kolei na rozkład substancji które osiadły na powierzchni mają wpływ warunki atmosferyczne (np. padający deszcz lub śnieg potrafi zwiększyć lokalną wartość opadu o czynnik rzędu 10000), oraz to na jakiej wysokości doszło do wybuchu i także w jaki sposób został skonstruowany ładunek jądrowy.

Otóż największy opada promieniotwórczy powoduje wybuch tzw. bomby płaszczowej, charakteryzującej się dużą mocą - rzędu megaton, odpalonej bezpośrednio z powierzchni ziemi, w czasie deszczowej pogody. Taki opad może spowodować skażenie terenu w postaci mocy dawki ekspozycyjnej wynoszącej ponad 10 000 R/h. Tak więc człowiek który znalazł się w polu działania takiego promieniowania po kilku minutach może otrzymać dawkę, która spowoduje jego śmierć.

Pamiętajmy, także że w czasie wybuchu jądrowego, część substancji radioaktywnych jest unoszona w tzw. grzybie atomowym na wysokość ok. 10 km. Tak wyniesiona materia promieniotwórcza, może utrzymywać się w atmosferze przez długie miesiące, a w wyniku prądów powietrznych może zostać przeniesiona na dalsze obszary.

Jak to się stało że odkryto promieniowanie Rentgena?

W końcu wieku XIX udało się ludzkość dokonać dwóch fundamentalnych odkryć, które już na zawsze miały zmienić cały świat. Jednym z tych przełomów było odkrycie elektronu, natomiast drugim było odkrycie promieniowanie Roentgena. Obydwu tych odkryć dokonano w czasie prowadzenia badań nad wyładowaniami elektrycznymi przeprowadzanymi w gazie znajdującym się pod obniżonym ciśnieniem. W przypadku gdy umieścimy dwie metalowe elektrody w szklanej rurze, w której to znajduje się powietrze i jeśli doprowadzimy do tych elektrod niewielkie napięcie (nie przekraczające 30000 V/cm) to nic się nie dzieje. Jeśli jednak obniżymy ciśnienie tego powietrza, to nastąpi przepływ prądu w takiej rurze i wystąpią różne ciekawe zjawiska, które mogą pojawić się nawet przy niższych napięciach. Dla przykładu gdy ciśnienie powietrza w rurze wynosi ok. 10 mbar to możemy zaobserwować powstanie równomiernego płomienia który wypełnia całą przestrzeń pomiędzy elektrodami. Gdy jeszcze zmniejszymy ciśnienie to płomień ten podzieli się na kilka wstęg różniących się od siebie jasnością. Natomiast przy ciśnieniu ok. 0 - 2 mbar. obserwowalny wcześniej płomień znika, a pojawia się delikatna fluorescencja.

Zaczęto się zastanawiać skąd wynika ta zagadkowa fluorescencja. W 1859 roku, niemiecki fizyk Plucker stwierdził, że powstanie tej fluorescencji wynika z pewnego rodzaju promieniowania wydobywającego się z katody, czyli ujemnej elektrody. W późniejszych latach dokładniej zajęto się zbadaniem tych zagadkowych promieni katodowych. W 1879 roku angielski fizyk Crookes opublikował wyniki badań przeprowadzonych w tym zakresie. Przedstawił on dane z których wynikało, że promienie te są faktycznie emitowane przez powierzchnię katody i co więcej, mogą być odchylane w polu magnetycznym. Przedstawił także wyniki skupienia takich promieni, dzięki czemu powstała wiązka, która miała na tyle dużą moc że była w stanie stopić szkło lub folię z platyny. Wówczas przewidywał że promieniowanie to złożone jest z ujemnie naładowanych cząstek. Pomimo faktu, że wyniki jakie przedstawił były jak najbardziej wiarygodne i nie istniały żadne dowody je podważające to i tak od razu zostały mocno zakwestionowane przez świat naukowy. Większość bowiem fizyków była przekonana, że promienie te nie mają charakteru korpuskularnego, ale są jednak falą, bardzo podobną do światła.

W tym czasie Hertz, który pracował wówczas Bonn i był w trakcie poszukiwań dowodów na słuszność teorii Maxwella, która wiązała ze sobą zjawiska elektryczne i magnetyczne w jedną całość, prowadził badania nad wyładowaniami elektrycznymi w próżni. Dzięki swoim doświadczeniom odkrył, że promienie wydobywające się z katody przenikają przez cienką złotą blaszkę, a także przez aluminium. Hertz umarł w 1894 roku nie dowiadując się więcej niczego istotnego o promieniach katodowych, jednak jego pracę kontynuował jego uczeń Lenard. Stworzył on rurę wyposażoną w cienką rurkę aluminiową, dzięki czemu udało mu się wyprowadzić promienie katodowe z obszaru wyładowań bezpośrednio w powietrze. Zauważył wówczas, że wydobywające się promienie katodowe nadal powodowały fluorescencję, jednak nie docierały one tak daleko w powietrzu, które znajdowało się pod ciśnieniem atmosferycznym. Wówczas Lenard ogłosił także, że promienie katodowe przeszły przez jego rękę. Prawie na pewno była to już obserwacja promieniowania rentgenowskiego (promieniowania X), które powstała w wyniku uderzenia promieni katodowych o okno rury, gdzie występowały wyładowania. Jednak Lenard nie zauważył, że jest to inny rodzaj promieni. Natomiast Crooks w swoich badaniach często miał problem z płytami fotograficznymi, które przechowywał całkiem przypadkowo blisko rur w których dochodziło do wyładowań. Skarżył się, że jego fotografie są przymglone. My już dziś wiemy, że był to efekt działania promieniowania X, jednak Crooks wówczas o tym nie wiedział i wręcz zwracał te płyty do producenta twierdząc, że są wadliwe. Wielu badaczy na pewno musiało wytworzyć promieniowanie X w czasie swoich badań nad wyładowaniami w rurze, jednak pierwszym który zdał sobie sprawę z tego, że jest to nowy rodzaj promieniowania był Roentgen.

Wilhelm Kondrad Roentgen

Przyszedł na świat dnia 27 marca 1845 roku w miejscowości Lenep, położonej w niemieckiej Nadrenii. Jego ojciec był kupcem i producentem odzieży, a sam Wilhelm był jego jedynym synem. Prawdopodobnie był też dalekim kuzynem Davida Roentgena, który to był znanym producentem szaf. Gdy Wilhelm miał trzy lata, przeniósł się razem z rodzicami do Holandii do miejscowości Apeldoorn, gdzie cała rodzina zamieszkała w domu jego matki. Cała rodzina otrzymała obywatelstwo holenderskie, a nie pruskie. Edukacja Wilhelma rozpoczęła się od szkoły z internatem w Apeldoorn, a następnie Wilhelm dostał się do Szkoły Technicznej w Utrechcie. Jednak został z niej wydalony, po tym jak odmówił wskazania kolegi, który narysował na tablicy karykaturę nauczyciela. Co ciekawe Wilhelm w szkole nie wykazywał szczególnych zdolności, chociaż trzeba mu przyznać, że posiadał pewne uzdolnienia w zakresie mechanicznych urządzeń. Wręcz kochał otaczającą go naturę, i uwielbiał na wakacje wyjeżdżać do Alp, lub spędzać ten czas w pobliżu jezior znajdujących się w północnych Włochach. Umiłował sobie naturę do tego stopnia, że nawet jak do życia powszechnego wkroczyły samochody, on wzbraniał się przed ich użytkowaniem i zamiast tego korzystał z podróżowania powozem konnym.

W 1865 roku Wilhelm uczęszczał na zajęcia na uniwersytecie w Urtrechcie, jednak nie jako regularny student, ponieważ nie powalał mu na to brak niezbędnych kwalifikacji. Jednak wkrótce ku swemu zadowoleniu odkrył, iż na Politykę Szwajcarską znajdującą się w Zurychu nie były wymagane referencje z poprzednich szkół, a jedynie trzeba było pozytywnie zdać egzaminy wstępne. Egzaminy te zdał z powodzeniem i w 1865 roku w listopadzie stał się pełnoprawnym studentem inżynierii mechanicznej, przez co definitywnie pozostawił za sobą piętno wydalenia ze szkoły. Okres studiowania dostarczył Wilhelmowi wspaniałych wspomnień, zachowując w sercu poczucie wdzięczności dla profesora Augusta Kundta, który wszczepił mu zainteresowanie fizyką i wręcz zainspirował go do robienia kariery w dziedzinie fizyki. Tak więc Wilhelm przyjął propozycję Kundta i został jego asystentem. Na początku pracował razem z profesorem w Zurychu, jednak gdy Kundt otrzymał posadę na Uniwerstytecie w Wurzburgu, przeniósł się tam razem z nim. Jeszcze pracując w Zurychu, Wilhelm poznał tam Annę Bertę Ludwik, która okazała się wybranką jego serca. Niebawem pobrali się, jednak nie mieli własnych dzieci, ale za to zaadoptowali siostrzenicę Anny.

Pojawiły się pewne problemy po przeniesieniu się Wilhelma razem z Kundtem do Wurzburga. Tamtejsze władze za nic nie chciały dać posady akademickiej Roentgenowi, mimo usilnych starań samego Kundta. Dlatego też w 1872 roku Kundt zrezygnował z posady w Wurzburgu i przeniósł się do nowo powstałego Uniwerstytetu w Strasburgu, zabierając ze sobą swego ucznia - Wilhelma. Po dwóch latach pracy Roenteg uzyskał w nowym miejscu pracy status "Private Dozent", a jego rodzice przeprowadzili się do Strassbura, aby być bliżej swego syna. W 1875 roku z rekomendacji samego Webera, zastąpił go na stanowisku Profesora Fizyki i Matematyki w Akademii Rolniczej Hohenheim w Wurtembergii. Jednak nie był tam do końca szczęśliwy i wkrótce, bo po roku zrezygnował z tamtej posady i wrócił do Strassburga stając się tam Profesorem Fizyki Teoretycznej. Z kolei w latach 1879 - 1888 obejmował stanowisko kierownicze katedry Fizyki na Uniwersytecie w Giesen. W wyniku rewelacyjnych dokonań tam, dostał wkrótce propozycje objęcia posad w Jenie i Urtrechcie. Jednak odmówił na nie. Jednakże w 1888 roku przyjął inną propozycję, która mówiła o objęciu posady Profesora Fizyki i Dyrektora Instytutu Fizycznego na Uniwersytecie w Wurzburgu. I w ten oto sposób stał się najważniejszą osobą departamentu Uniwersytetu, tego samego, który wcześniej nie chciał mu przyznać żadnej posady u siebie.

W czasie swojej pracy w Wurzburgu, podobnie jak większość współczesnych mu naukowców zwrócił swoją uwagę na badania promieni katodowych. W jego naturze było to, że wszelkie badania jakie zaczynał przeprowadzać, rozpoczynały się od powtórzenia eksperymentów wykonanych w tym zakresie przez innych naukowców. W czasie jednego ze swoich eksperymentów wykorzystał on rurę Crookse'a, którą pokrył czarną kartą tak aby zasłonić blask powstałej w jej wnętrzu fluorescencji. W momencie gdy rura była podłączona i działała zauważył, że leżące na stole obok kryształy platyno - cyjanku baru, zaczęły nagle fluoryzować. Obserwacji tej Roentgen dokonał dnia 8 listopada 1895 roku i jak to historia opisuje "w późnych godzinach, kiedy asystentów już nie było w laboratorium". Wilhelm dosyć szybko zajął się tym zjawiskiem i stwierdził że jest to przejaw nowego jeszcze nie odkrytego przez nikogo promieniowania. Gdy umieścił ekran pokryty warstwą wspomnianego już platyno - cyjanku baru w pobliżu rury, cały zaczął fluoryzować. Natomiast gdy umieścił jakiś metaliczny przedmiot pomiędzy ekranem a rurą, okazało się, że powodował on powstanie cienia na ekranie. Wówczas to Roentgen miał powiedzieć do swojego przyjaciela Boveri, takie oto słowa:

"odkryłem coś interesującego, ale nie wiem czy moje obserwacje są poprawne czy nie". To była jedyna uwaga jaką wówczas przedstawił. Nie powiedział nic więcej nikomu, tylko zajął się badaniem tych promieni. Jego milczenie trwało przez 7 tygodni. W tym czasie przygotował wyczerpującą pracę na temat promieni X.

Nazwa "Promienie X" została po raz pierwsza użyta przez samego Roentgena, ukazując w ten sposób, że sama natura tego rodzaju promieniowania pozostała jeszcze nieznana. Jedna w Niemczech promienie te od razu zostały nazwane na cześć odkrywcy jako promienie Roentgena i do dziś jest używana. Jednak w krajach anglojęzycznych częściej stosowano pierwotny wariant nazwy, gdyż nazwisko Roentgena było ciężkie do wymówienia przez mieszkańców tych krajów. Z kolei słowo "Skiagraph", które po w Grece znaczyło " dla cienia", zostało wprowadzone do użytku w 1896 i miało określać obraz jaki powstawał przy użyciu promieniowania X. W tym samy roku wprowadzono także słowo "Radiogram", które oznaczało dokładnie to samo.

Przyjęcie odkrycia Roentgena przez świat naukowy.

Zarówno świat naukowy, jak i wszelka prasa, była zafascynowana odkryciem Roentgena. Wszyscy zaczęli zgłębiać tajniki tego promieniowania, przez co w samym tylko 1896 roku ukazało się ok. 50 książek i broszur oraz niespełna tysiąc prac traktujących o tym promieniowaniu. Wszelkie czasopisma tematyczne: medyczne, fotograficzne, czy ogólno-naukowe, publikowały artykuły które opisywały odkrycie Roentgena, oraz jego potencjalne zastosowania w różnych dziedzinach. W maju 1896 roku ukazało się pierwsze czasopismo które było tylko i wyłącznie poświęcone promieniom Roentgena, jego tytuł brzmiał "Archives of Clinical Skiagraphy". Publikowane było ono w Londynie, a jego założycielem był Sidney Rowladn. W następnym jednak roku nazwa ta została zmieniona na "Archives of the Roentgen Review", a same czasopismo zaczęło się ukazywać także w innych krajach.

Zdumiewające jest to, że odkrycie Roentgena w tak krótkim czasie zostało tak entuzjastycznie przyjęte przez świat naukowy, a także ogólną opinię publiczną. Naprawdę niewiele jest innych takich odkryć, które mogą poszczycić się podobnym sukcesem. Na taki rozwój wypadków miał ogromny wpływ fakt, że praktycznie każde laboratorium naukowe było wyposażone w aparaturę umożliwiającą badanie tego promieniowania. Z kolei po badaniach przeprowadzonych przez Crookes'a, oraz jemu podobnych, powszechnie dostępne były rury próżniowe i cewki indukcyjne, które wręcz stanowiły standardowe wyposażenie laboratoriów. Tak więc praktycznie cała aparatura doświadczalna była już dostępna i każdy naukowiec mógł na własne oczy przekonać się o niepodważalności odkrycia Roentgena. A przede wszystkim mógł prowadzić dalsze badania nad właściwościami tychże promieni.

W 1896 roku w maju, w amerykańskim czasopiśmie "Amerykański Elektryk" pojawiła się trzyczęściowa seria artykułów w których przedstawiono w jaki sposób można zbudować własną aparaturę umożliwiającą wytworzenie promienie X. W opisie tym można było znaleźć instrukcje jak skonstruować cewkę indukcyjną, która umożliwiałaby wytworzenie 3 - calowej iskry, oraz jak wykonać rotacyjny przerywacz kontaktowy. Jednak oprócz tego autorzy artykułów zalecali kupno oryginalnej rury Crookes'a wykonanej z cienkiego szkła, z tego względu, że amerykańskie szkło zawierało większą ilość ołowiu, niż szkło niemieckie.

Z kolei na jesieni 1896 roku został wydany katalog "Aparaty do promieni Roentgena", który został wydany przez American General Company. Wówczas też produkcja aparatury rentgenowskiej ruszyła na handlową skalę. Jednak miało to miejsce jeszcze na kilka lat zanim użytkownik mógł kupić całkowite kompletne wyposażenie rentgenowskie, zazwyczaj wówczas musiał kupić kilka osobnych elementów i dopiero z nich samemu skonstruować odpowiedni układ.

Jednym z pierwszych naukowców w Ameryce, który rozpoczął eksperymenty z wykorzystaniem promieni Roentgena był sam Edison. On sam proponował aby w badaniach medycznych wykorzystywać ekrany fluorescencyjne zamiast błon fotograficznych, tak aby lekarz mógł od razu zobaczyć złamanie, niż czekać na wywołanie fotografii. W wyniku przeprowadzonych przez siebie testów nad materiałami fluoryzującymi, stwierdził że najlepszym który do tego celu się nadaje jest wolframian wapnia, który to daje obraz znacznie jaśniejszy niż użyty oryginalnie przez Roentgena cyjanek baru.

Skupmy teraz naszą uwagę nad dalszą prać Roentgena nad promieniowaniem X. Otóż Roentgen swoje odkrycie zademonstrował samemu ówczesnemu Cesarzowi Wilhelmowi II, który to słynął ze swojego zainteresowania nauką. Prezentacja odbyła się w Berlinie dnia 13 stycznia. Po spotkaniu z cesarzem 23 stycznia 1896 roku Roentgen wygłosił wykład o odkrytych przez siebie promieniach dla Fizycznego Towarzystwa Medycznego znajdującego się w Wurzburgu, czyli patrząc na datę w niecały miesiąc po ogłoszeniu swojego odkrycia. Co ciekawe, to patrząc z perspektywy czasu, był to praktycznie jedyny wykład jaki przeprowadził Roentgen dla tak dużego audytorium. W czasie tego wykładu Roentgen po prostu opisał w jaki sposób dokonał swojego odkrycia, oraz zademonstrował kilka uzyskanych przez siebie rentgenogramów. Naukowiec jednak wydawał się nie lubić publicznych wystąpień, jeszcze bardziej w czasie, gdy prowadził dalsze eksperymenty. Zrobił to tylko z powodu ogromnego zainteresowania opinii publicznej jego odkryciem. W czasie wykładu Roentgen dokonał prezentacji zastosowania swego odkrycia, a mianowicie dokonał prześwietlenia ręki anatomia von Kollikera, który znajdował się na sali. Sam von Kolliker był tak zachwycony otrzymanym zdjęciem, że zaproponował, aby odtąd odkryte promienie były nazywane promieniami Rentgena. Sugestia ta został przyjęta przez całe audytorium z wielkim entuzjazmem.

W marcu 1896 roku Roentgen wysłał do Wurzburskiego Towarzystwa Fizycznego drugą pracę o promieniach X. W większej części była to praca poświęcona relacjom z prowadzonych przez Roentgena eksperymentów. W pracy tej przedstawił wyniki dotyczące oddziaływania promieni X z powietrzem, które objawiało się tym, że powietrze wystawione na działanie tychże promieni przewodziło prąd elektryczny, oraz było w stanie rozładować uprzednio naładowany elektrycznie przedmiot. W tym czasie Roentgen nie mógł wyjaśnić dlaczego tak się działo. Ale kiedy Thomson opublikował swoją pracę dotyczącą elektronu, możliwe stało się chociaż częściowe wyjaśnienie dlaczego powietrze się tak zachowuje. Otóż tłumaczono to faktem jonizacji powietrza przez promienie Roentgena, czyli wiązka promieni powodowała oderwanie się elektronów od atomów powietrza, dzięki czemu zjonizowane powietrze było w stanie przewodzić prąd elektryczny. Ta własność promieni rentgenowskich, polegająca na jonizacji powietrza jest obecnie wykorzystywana w niektórych urządzeniach mierzących promieniowanie.

W dalszej części swojej pracy Roentgen wysuwał wnioski, że być może korzystne byłoby wykorzystanie cewki Tesli i włączenie jej pomiędzy cewkę indukcyjną a rurę (już określaną mianem lampy) rentgenowską. Dzięki temu możliwe było uzyskanie promieniowania X o silniejszym natężeniu. Tak powstały obwód był obwodem oscylacyjnym, który pozwalał na wytworzenie wyższego napięcia szczytowego, niż miałoby to miejsce w zwykłej aparaturze. Pomysł z cewką Tesli, był często wykorzystywany w pierwszych aparaturach rentgenowskich, ponieważ znosiło to z cewek indukcyjnych potrzebę wytrzymywania bardzo silnych napięć. Cewka Tesli była także czasami wykorzystywana w nowszych aparaturach.

W maju 1897 roku Roentgen opublikował swoją trzecią pracę, która okazał się być już jego ostatnią. Roentgen przedstawiał z niej relacje z dalszych eksperymentów, oraz wyniki jakie uzyskał. Min. pisał, że stwierdził, iż jakakolwiek substancja poddana działaniu promieni X, sama też emituje ten rodzaj promieniowania. Udało mu się udowodnić, iż zjawisko to nie polegało na rozszczepieniu głównego strumienia promieni, ale rzeczywiście na ich generacji - tzw. promieniowanie wtórne. Za pomocą specyficznego fotometru optycznego, porównał działanie kilku rodzajów lamp rentgenowskich, a także przeprowadził dokładne badania nad rozchodzeniem się promienie X z jednej lampy. W końcowej części swojej pracy zawarł dane o tym jak różne substancje przepuszczają promienie X.

W swoich trzech pracach poświęconych odkrytemu przez siebie promieniowaniu Roentgen opisał najważniejsze eksperymenty z nimi związane, a także zachowanie się nich w różnych sytuacjach. Jednak prawdziwa natura tego promieniowania pozostała zagadką dla genialnego naukowca, a także dla całego świata naukowego. Przez następne lata postęp w zakresie promieniowania rentgenowskiego dotyczył głównie udoskonalania technik wytwarzania i wykorzystywania go.

Sam Roentgen był człowiekiem małomównym i wydawało się że wszelkie honory jakie mu czyniono były dla niego bardziej ciężarem, niż prawdziwą przyjemnością. Otrzymał tytuł Doktora Medycyny Honoris Causa nadany mu przez Uniwersytet w Wurzburgu. Przyjął także odznaczenie honorowego obywatela jego rodzinnego miasta Lennep. Jednak odmówił na wszystkie przedstawione mu zaproszenia ze strony wszelkich towarzystw naukowych które prosiły go o wygłoszenie wykładu na temat jego odkrycia. Nie przyjął tytułu szlacheckiego jaki zaproponował mu Książe Regent Bawarii, który w późniejszym czasie nadał mu tytuł "Ekscelencji". Jego praca została uhonorowana w 1901 roku pierwszą w historii Nagrodą Nobla. Roentgen wprawdzie udał się do Sztokholmu po odbiór nagrody, jednak i tam nie wygłosił żadnego wykładu.

Wcześniej w 1900 roku naukowiec przyjął propozycję objęcia stanowiska kierowniczego w Instytucie Fizyki na Uniwersytecie w Monachium, gdzie już wcześniej zajmował się pracą nad fizycznymi właściwościami kryształów. Zrezygnował z tego stanowiska w 1920 roku jednak przez pewien czas prowadził swoje badania w tym Instytucie. Pracę swoją kontynuował prawie do samej swojej śmierci, która nastąpiła 10 lutego 1923 roku.

Lampy rentgenowskie

Pierwsze lampy rentgenowskie

Do podstawowych elementów budujących lampy rentgenowskie należy zaliczyć szczelne pojemniki i naczynia. Zazwyczaj są to szklane naczynia w których zatopione są dwie elektrody. We wnętrzu takiego pojemnika należało utrzymać powietrze pod niskim ciśnieniem. powietrze w naczyniu wprawdzie znajdowało się pod niskim ciśnieniem, jednak zawsze tam znajdowała się jakaś jego ilość. Dlatego też ówczesne lampy, zwykle nazywano lampami gazowymi. Gdyby jednak doprowadzić do wytworzenia całkowitej próżni we wnętrzu takiej lampy, to niestety nie zadziałałaby ona. Otóż lampa taka działa na zasadzie wyładowania elektrycznego. Gdy przyłoży się do elektrod wysokie napięcie dochodzi do wyładowania które powoduje jonizację atomów danego gazu, a powstałe jony zostają porwane przez pole elektryczne w kierunku elektrody ujemnej, czyli do katody. W wyniku bombardowania katody takimi jonami emitowane są elektrony z katody, które z kolei uderzając w tarczę emitują promieniowanie X. Tarczą, która czasami jest także określana mianem anty-katody, może być anodą, ale także ścianą naczynia, czy też dodatkowym obiektem metalowym, połączonym z anodą.

Powstawanie promieniowania X w rurze Crookes'a

Najprawdopodoniej w czasie swojego przełomowego odkrycia Roentgen korzystał z rury Crookes'a. Rura ta ma kształt gruszki, w której węższym końcu znajduje się katoda, a natomiast w jednym z boków anoda. Generacja promieniowania rentgenowskiego następowała w momencie gdy elektrony uderza w szkło znajdujące się w szerszej części lampy. Aby otrzymać dobre obrazy rentgenowskie wymagane jest to, aby źródło promieniowania X, było jak najmniejsze. W pierwszych lampach osiągano to poprzez pokrycie końca lampy warstwą ołowiu pozostawiając tylko niewielką dziurkę. W ten sposób można było wykorzystać tylko te promienie które wychodziły przez dziurkę. Jak łatwo się domyślić układ taki charakteryzował się bardzo małą wydajnością i obrazy przez niego uzyskiwane wymagały długich czasów naświetlenia.

Pierwsza lampa skupiająca została skonstruowana przez profesora H. Jacksona. Jej celem było skupienie wiązki elektronów na tarczy, o niewielkiej powierzchni w ten sposób uzyskując niewielkie źródło promieniowania X. Kluczem w tej konstrukcji było użycie wklęsłej katody. Działanie jej przypominało po części działanie zwierciadła kulistego. Ponieważ elektrony emitowane z katody emitowane są w kierunku prostopadłym do jej powierzchni, oraz dzięki temu, że poruszają się wzdłuż linii prostych, to niejako skupiają się w miejscu określającym środek krzywizny elektrody. W tym też miejscu była umieszczana wspomniana już tarcza.

Gdy Roentgen opublikował swoją pierwszą pracę opisującą odkrycie promienie X, to zawarł w niej także informacje o tym, że generacja promieniowania X, odbywała się również wtedy gdy elektrony uderzały w aluminium, które było wstawione do rury zamiast fragmentu szkła. Z kolei w następnej pracy, która przedstawił w marcu 1896, stwierdził, że każde ciało poddane działaniu promieniowania X, samo staje się też ich emiterem. Badając bliżej to zjawisko stwierdził, że występują pewne różnice jakościowe w emitowanych promieniach X, w zależności od materiału użytego jako tarczy. Stwierdził też, że najbardziej przenikliwe promienie X udało mu się wytworzyć, gdy w lampie wykorzystał wklęsłą katodę wykonaną z aluminium, natomiast platynową anodę, która spełniała funkcję tarczy ustawił pod kątem 45O do osi katody.

Powszechny dostęp do aparatury zdolnej wyprodukować promienie X, umożliwił wielu naukowcom eksperymentowanie na wszelki możliwy sposób z nimi. I tak sprawdzano czy kształt rury, lub rodzaj tarczy ma jakieś istotne znaczenie na emitowane promienie. Okazało się że bez względu na kształt rury, zawsze dostajemy ten sam rodzaj promieni X. Jednak przy wyborze tarczy najlepiej decydować się na metale i to te, które charakteryzują się duża liczbą atomową. W czasie eksperymentów najczęściej stosowano wolframowe i uranowe tarcze, a także czasami platynę. Używane było także aluminium, pomimo jego niewielkiej liczby atomowej. Jednak zaletą aluminium jest to, że charakteryzuje się dużą stabilnością w próżni, czego nie można powiedzieć o platynie, która na skutek wyładowań pokrywała się czarną warstwą zniszczonej platyny.

Jeśli chodzi o moc pierwszych lamp rentgenowskich, to jak łatwo się domyślić była ona raczej niewielka, jeśli porównać ją do dzisiejszych standartowych lamp. Odznaczały się także wysokim czasem naświetlania, który w większości zastosowań wynosił kilka minut. Jednak jak się potem okazało wraz ze wzrostem stosowanego napięcia w lampach, skracał się czas naświetlania fotografii rentgenowskich, oraz rosła moc lamp. W pewnym momencie pojawił się problem związany z tym, że przy uderzeniu wiązki elektronów o tarczę, większość energii jaka wówczas jest wydzielana zamienia się na ciepło. Ciepło to jest pochłaniane przez tarcze w miejscu uderzenia wiązki, dlatego też wraz ze wzrostem mocy lamp, należało także zwiększyć grubość stosowanych tarcz. Kiedy we wczesnych lampach rentgenowskich stosowano cienkie tarcze wykonane z platyny, okazywało się, że padająca wiązka elektronów łatwo powoduje ich odparowanie. Jednak gdyby zechciano wykorzystywać platynę do produkcji grubych tarcz, okazałoby się to bardzo kosztowne, dlatego też zdecydowano się na tarcze wykonane z platynowanego niklu. I tego typu tarcze były powszechnie używane do momentu wprowadzenia tarcz wykonanych z wolframu, który do dnia dzisiejszego jest głównym materiałem z którego wytwarza się tarcze do lamp. Jednakże i tarcza wolframowa posiada skończoną wytrzymałość, w związku z czym potrafi wytrzymać tylko określone natężenie wiązki elektronów. Z biegiem czasu i wraz z użytkowaniem lampy na powierzchni takiej tarczy powstają drobne szczeliny. Część strumienia elektronów wpada w takie szczeliny uderzając w ich nieregularne powierzchnie, co także prowadzi do powstania promienie Roentgena w tych miejscach. W związku z czym wydajność lampy spada, równocześnie z coraz większym zużyciem tarczy.

Przykład typowej lampy rentgenowskiej próżniowej.

W pierwszych lampach rentgenowskich, tarcza była przymocowana, do dosyć masywnego bloku metalu, co miało zapobiec zbytniemu nagrzewaniu się tarczy poprzez absorpcję ciepła przez ten blok. Część bloku była wyprowadzona na zewnątrz rury, dzięki czemu zebrane ciepło było wypromieniowane na zewnątrz. W innego rodzaju konstrukcjach możliwe nawet stało się wstawianie usuwalnych elementów, które można było przymocować do zewnętrznej części bloku. Elementy te mogły być łatwo wymieniane przez operatora, wtedy gdy stały się zbyt gorące.

Z kolei w innych konstrukcjach lamp, zastosowano nawet chłodzenie wodne tarczy. Odbywało się to poprzez wydrążone kanaliki w tarczy. Układ taki charakteryzował się wysoką skutecznością, jednak posiadał jedną wadę. Otóż cały system chłodzenia wodnego, który był także zaopatrzony w element odpromieniujący ciepło, musiał tak jak tarcza cały czas być pod napięciem. Kolejna konstrukcja była już bardziej praktyczna, bowiem wykorzystano w niej rurę z wrzącą wodą, we wnętrzu której mocowano tarczę. Powyżej niej znajdowały się dwa zbiorniki, które także zawierały wodę, jednak ta wrzała tylko w czasie działania lampy.

Jak sobie przypomnimy jednym z wymogów dobrej lampy, było to, aby źródło promieni X było jak najmniejsze. Jednak jeżeli wymagane jest małe ogniskujące miejsce na tarczy, to jak łatwo się domyślić, na małym obszarze będzie wydzielana ogromna ilość ciepła. Ciepło to musiałoby być odprowadzane przez materiał z którego była zbudowana tarcza. Tak więc, kluczowym tutaj zagadnieniem, była zdolność materiału do przewodzenia ciepła, która to jest jednym z czynników jakie ograniczają moc lampy. Czyli moc lampy może być tylko tak duża, dopóki nie zajdzie niebezpieczeństwo uszkodzenia tarczy. Stąd też pojawił się ogranicznik na natężenie promieni X, jakie mogły być generowane. Aby poradzić sobie z tym ograniczeniem, naukowcy wymyślili konstrukcję lampy z tzw. "ogniskiem liniowym". W konstrukcji tej, obszarem tarczy który emituje promienie X, jest wąski pasek (a nie jak wcześniej to było, określone miejsce na tarczy). Z kolei katoda jest zbudowana w ten sposób że emituje wiązkę elektronów podobną do wstęgi. Pasek, który stanowi tarczę nie jest jednak ustawiony prostopadle do kierunku emisji promieniowania X, ale jest do niego nachylony pod takim kątem, że patrząc z tego kierunku widoczny jest jako niewielki kwadrat, o boku równym szerokości tego paska. Dlatego też, emitowane promienie X, wydają się być generowane z małego kwadratu, chociaż w rzeczywistości tarczą jest wąski pasek, który może odprowadzić znacznie większą ilość ciepła. Dalszy rozwój w tym zakresie doprowadził do skonstruowania lampy z obrotową tarczą, która działała na tej zasadzie że pracujący obszar tarczy, w wyniku jej obrotu cały czas się zmieniał. Dzięki temu rozwiązaniu, jeszcze bardziej zwiększono skuteczność odprowadzania ciepła przez tarczę. W rozwiązaniu tym, nadal stosowane jest ognisko liniowe, jednakże z tą różnicą, że w tym wypadku wąski pasek, jest elementem dysku, który cały czas jest odpowiednio pochylony i wiruje z dużą prędkością. Także zasada działania współczesnych lamp rentgenowskich jest oparta na tym rozwiązaniu.

Od samego początku, aż do lat dwudziestych, większość konstruowanych lamp była typu gazowego. Istnienie gazu pod niskim ciśnieniem w lampie umożliwiało zajście odpowiedniego wyładowania elektrycznego. Jednak w trakcie pracy takich lamp, część cząsteczek gazu była pochłaniana przez szkło lampy, przez co próżnia w lampie się zwiększała - lampa stawała się "twardsza". To z kolei prowadziło do tego, że trzeba było stosować wyższe napięcie do doprowadzenia do wyładowania. Naukowcy wkrótce doszli do wniosku, że jeśli lampa miała działać przez cały czas w zadowalający sposób, to niezbędne było kontrolowanie w jakiś sposób stanu próżni we wnętrzu takiej lampy. Dlatego też w niedługim czasie pojawiły się rozwiązania wprowadzające do konstrukcji lamp rentgenowskich układy kontrolujące stan próżni i w razie czego odpowiednio regulujące je poprzez dostarczanie niewielkich ilości gazu do wnętrza lampy.

W jednym z takich rozwiązań wykorzystano metal pallad. Materiał ten charakteryzuje się tym, iż gdy ogrzeje się do takiej temperatury, że zacznie się żarzyć, to staje się przepuszczalny dla wodoru. Tą oto właściwość palladu wykorzystał prof. Villard w Paryżu w swojej konstrukcji zbudowanej w 1898 roku. Wykonał on rurę z palladu i zatopił ją w szklanej rurze lampy rentgenowskiej. Gdy lampa stała się zbyt twarda, czyli próżnia powiększyła się w niej, rura palladowa została ogrzana, dzięki czemu pallad osiągnął temperaturę na tyle wysoką, że przepuścił trochę wodoru, który po dostaniu się do wnętrza lampy spowodował zmniejszenie próżni, czyli "zmiękczenie" lampy.

Pojawiły się także inne rodzaje regulatorów, które wykorzystywały substancje zdolne do absorpcji gazów, takie jak węgiel drzewny, czy mika. Niewielka ilość jednej z tych substancji była umieszczana w bocznej rurze szklanej, i gdy doszło do zwiększenia się próżni, rurę tę ogrzewano, dzięki czemu stan próżni znowu się zmniejszał.

Około roku 1900 pojawiły się pierwsze urządzenia automatycznie regulujące stan próżni we wnętrzu lampy rentgenowskiej. Układy te działały na tej zasadzie, że mika, która jak już powiedzieliśmy posiada zdolność absorpcji gazów umieszczana była w specjalnej rurze szklanej umiejscowionej z boku głównej rury lampy. Substancja ta mogła być ogrzewana poprzez wyładowania pochodzące od dodatkowych elektrod, które były połączone w sposób szeregowy z zewnętrzną przerwą. W momencie gdy próżnia w lampie stawała się zbyt wysoka, czyli lampa twardniała, również przyłożone napięcie musiało być większe aby doprowadzić do wyładowania. Gdy napięcie stawało się na tyle duże, że umożliwiało przeskok iskry przez zewnętrzną przerwę, również następowało wyładowanie pomiędzy elektrodami dodatkowymi. Dzięki temu następowało ogrzanie miki w bocznej rurze, która uwalniała część gazu redukując w ten sposób stan próżni i zmiękczając lampę.

Lampy termoemisyjne

Jak do tej pory wszelkie lampy jakie opisywaliśmy, to były lampy gazowe, których działanie jak już wiemy doskonale uzależnione było od stanu gazu we wnętrzu lampy. Lampy takie posiadały wady. Jedną z nich, o której już wspomnieliśmy, był zmieniający się stan próżni w czasie pracy. Kolejną wadą było to, że napięcie przyłożone do lampy, oraz natężenie prądu płynącego przez nią zależały wzajemnie od siebie. Jest to istotne z tego względu, że penetracja wygenerowanych promieni Roentgena (penetracja określa na jaką maksymalną odległość mogą promienie X wniknąć do wnętrza materii) zależała od przyłożonego napięcia, natomiast natężenie (natężenie promieni X określa stopień zaczernienia kliszy fotograficznej w danym czasie) ich od natężenia prądy przepływającego przez lampę. W poprzednio omawianych lampach gazowych, spadek ciśnienia, czyli zwiększenie się próżni w lampie, powodowało potrzebę zastosowania wyższego napięcia, przez co emitowane promienie X stawały się bardziej przenikliwe. Jednak skoro w lampie znajdowała się mniejsza ilość gazu, to spadał prąd przepływający przez nią, czyli zmniejszało się natężenie generowanych promieni X.

W konstrukcji lampy termoemisyjnej stworzonej przez Amerykanina Coolidgea w 1913 roku, próżnia wypełniająca wnętrze lampy, była tak doskonała jak to tylko możliwe. Elektrony jednak emitowane były nie w wyniku wyładowań, ale w wyniku zjawiska termoemisji. Katoda nie była już zimnym metalowym blokiem, ale zastąpiono ją poprzez włókno wolframowe. W wyniku płynącego przez to włókno prądu elektrycznego, wolfram zaczynał się jasno żarzyć. Zazwyczaj w konstrukcjach lamp, włókno to jest wmontowane i elektrycznie podłączone do specjalnie ukształtowanego metalowego bloku, którego zadaniem jest skupianie wiązki elektronów na tarczy. Natężenie generowanych promieni rentgenowskich, jest jak już powiedzieliśmy zależne od natężenia wiązki elektronów, która z kolei zależy od temperatury włókna wolframowego. Z kolei natężenie to może być kontrolowane poprzez regulowanie wartości prądu dopływającego do włókna. Z kolei penetracja promieni X, zależy tak jak w poprzednich konstrukcjach od napięcia jakie zostało przyłożone pomiędzy katodą i tarczą. W tym jednak układzie obie wielkości, natężenie i penetracja promieni X, mogły być regulowane niezależnie od siebie. Natężenie poprzez wartość prądu dostarczonego do katody wolframowej, a penetracja poprzez określenie napięcia przyłożonego do lampy. Konstrukcja ta została powszechnie przyjęta przez świat naukowy i obecnie współczesne lampy rentgenowskie są typu termoemisyjnego.

Po pewnym czasie okazało się, że jednak zbyt długie nastawienie się na działanie promieni Roentgena może powodować uszczerbek na zdrowiu człowieka. Dlatego też wkrótce po tym odkryciu zaczęto stosować środki, które miały na celu zmniejszenie niebezpieczeństwa użytkowania lamp rentgenowskich. Głównie skupiono się na tym, aby promieniowanie emitowane przez lampę miało dobrze określony kierunek i nie rozchodziło się na boki. Pierwsze lampy które charakteryzowały się niską mocą były wytwarzane ze szkła ołowianego, które pozwalało na zatrzymanie promieni X. Lampy wykonane z tego szkła posiadały jedynie małe okienko zrobione ze szkła wapiennego, przez które wygenerowane promienie X mogły się wydostać na zewnątrz lampy. W ten sposób uzyskano osłonę zapobiegającą nadmiernemu rozprzestrzenianiu się promieni rentgenowskich, a niewielkie okno umożliwiało skierowanie ich w określone miejsce. Technika wytwarzania lamp cały czas posuwał się do przodu i w latach dwudziestych XX wieku powstały lampy "Metalix", w których główną część stanowiła metalowa komora, we wnętrzu której następowała generacja promieni X. Dzięki temu promienie były ekranowane przez ściany komory, poza niewielkim szklanym okienkiem, które umożliwiało wydostanie się wiązki promieni na zewnątrz. Zastosowany metal był stopem żelaza i chromu i można było go bezpośrednio dospawać do szkła tworzącego lampę, dzięki czemu możliwe było stworzenie bardzo dobrej komory próżniowej. Współczesne lampy rentgenowskie, są umieszczane w metalowych uziemionych komorach zawierających warstwę ołowiu, dzięki czemu użytkownik ich nie jest narażony na działanie niebezpiecznych promieni, oraz jest chroniony przed porażeniem elektrycznym.

Konstrukcje innego typu

Opisane powyżej konstrukcje lamp rentgenowskich, są w stanie pracować do napięć rzędu 0,25 mln V. Jednak zaczynają się już wówczas pojawiać ogromne trudności praktyczne i aby wyprodukować promienie charakteryzujące się większą penetracją stosuje się konstrukcje innego typu.

Zauważmy, że wszystkie lampy rentgenowskie to swoistego rodzaju akceleratory. Akceleratory to urządzenia przyśpieszające cząstki takie jak elektrony do ogromnych prędkości, celem zderzenia ich z określoną tarczą. Jak już wcześniej powiedzieliśmy, penetracja promieni rentgenowskich zależy od przyłożonego napięcia do lampy, czyli od prędkości z jaką elektrony uderzają w tarczę. W obecnej technice bardzo często wymagane jest posiadanie promieni X, o wysokiej penetracji, np. przy badaniach grubych struktur metalu.

Przy wykorzystaniu takich urządzeń jak akcelerator liniowy, czy betatron, które skonstruowane na potrzeby fizyki cząstek, czy fizyki atomowej możliwe jest przyspieszanie elektronów do takich prędkości, które w konwencjonalnej lampie rentgenowskiej wymagałyby użycia napięci rzędu kilku milionów woltów. W akceleratorach tego typu, stosuje się metodę wielokrotnego przyspieszania elektronów w tym samym potencjale. Dzięki takiemu rozwiązaniu, możliwe jest znaczne zwielokrotnienie prędkości elektronów zanim te uderzą w tarczę.

W coraz większej ilości zastosowań, zarówno w medycynie jak i w przemyśle promieniowanie X, emitowane za pomocą lamp rentgenowskich, zastępowane jest coraz częściej przez promieniowanie emitowane przez izotopy. Otóż promieniowanie rentgenowskie jest promieniowaniem elektromagnetycznym, które część widma obejmuj swym zakresem także promieniowanie gamma, dlatego też część widma promieniowania gamma, może być traktowana jako twarde promienie X. Do wykorzystania izotopów, takich jak Co60, wymagana jest bardzo duża ostrożność celem uniknięcia nadmiernego działania szkodliwych promieni. Jednak problem ten wydaje się znacznie mniejszy niż konstruowanie coraz to bardziej złożonych układów emitujących promienie X. Jednak i to rozwiązanie posiada pewne wady. Jedną z nich jest to że taki aparat Gamma, posiada źródło, którego obszar działania jest znacznie większy niż w przypadku źródła stosowanego do produkcji promieni X. W wyniku tego mankamentu fotografie uzyskane za pomocą aparatu Gamma, nie charakteryzują się tak wysoką ostrością, jak to jest w przypadku zwykłych radiogramów rentgenowskich.

Promieniowanie X w diagnostyce medycznej

Wykorzystanie promieniowania X w diagnostyce medycznej zostało zapowiedziane już przez samego Roentgena w opublikowanej przez niego pierwszej pracy. Już w ciągu pierwszych miesięcy jakie upłynęły od przełomowego odkrycia wykonywano radiogramy prezentujące złamane kości pacjentów, oraz położenie wszelkich ciał obcych we wnętrzu organizmów pacjentów takich jak igły, kawałki szkła czy inne. Prezentowano różnego rodzaju choroby stawów, ich zapalenia, czy powstałe narośla na kościach. Kilku eksperymentatorów wpadło nawet na pomysł zobrazowania żołądka i jelit poprzez wprowadzenie do nich płynu, który były nieprzezroczysty dla promieni X.

W pierwszych latach rozwoju diagnostyki promieniami X, lekarze zatrudniali fizyków, którzy wykonywali dla nich określone radiogramy. Dlatego też wielu fizyków założyło do tego celu własne laboratoria. W Wielkiej Brytanii pierwsze takie laboratorium powstało w marcu 1896 roku i zostało założone przez Cmpbella Swintona. Jednym z pierwszych pacjentów jaki zgłosił się do Swintona był mężczyzna, w którego głowie utkwiła kula. Oczywiście Swinton pomyślnie zlokalizował położenie kuli, jednak gdy mężczyzna zauważył że po badaniach zaczęły mu wypadać włosy z głowy, natychmiast zagroził że zaskarży do sądu Swintona. Jednak wszystko się szczęśliwie skończyło, bowiem kula z głowy pacjenta została usunięta, a włosy odrosły. To z kolei nasunęło pewien pomysł autorom czasopisma "Elektryczny Świat", którzy w czerwcu 1896 roku opublikowali artykuł w którym sugerowali, że promienie X, mogą być bardzo pomocne przy goleniu się. W tamtych czasach jeszcze nie zdawano sobie z tego sprawy, że użytkowanie promieni X, może stanowić zagrożenie dla zdrowia. Swinton stał się w niedługim czasie sławny, a jego laboratorium odwiedził nawet ówczesny premier Lord Salisbury. Naukowiec wykonał dla niego zdjęcie rentgenowskie jego ręki, które tak mu się spodobało, że natychmiast napisał list do Lady Salisbury. Żona premiera tak się zachwyciła dokonaniem Swintona, że sama zapragnęła posiadać podobne zdjęcia. Oczywiście Swinton spełnił jej prośbę.

Promieniowanie rentgenowskie

Promieniowanie rentgenowskie to promieniowanie elektromagnetyczne o długościach fal z zakresu od 10-13 m do ok. 5*10-8 m. Jako pierwszy odkrył je W.C. Roentgen w 1895 roku. Za swoje odkrycie dostał on Nagrodę Nobla, która to była pierwszą przyznaną Nagrodą Nobla. Zakres długości fal promieniowanie rentgenowskiego po części pokrywa się z zakresem promieniowania gamma (tzw. miękkiego promieniowania gamma). Różnice wynikają z różnych mechanizmów powstawania promieniowania. Otóż promieniowanie gamma jest emitowane w wyniku przejść energetycznych w jądrach atomów. Natomiast promieniowanie rentgenowskie jest inaczej wytwarzane. Wytwarza się je w specjalnych urządzeniach tzw. lampach rentgenowskich, które składają się głównie z elektrod wytwarzających pole elektryczne. Elektrony uwalniane z jednej elektrody pędzą w kierunku drugiej, a gdy do niej docierają wyhamowują. Energia, którą wtedy tracą jest emitowana w postaci fotonów - tzw. promieniowanie hamowania. Widmo tego promieniowania jest ograniczone napięciem doprowadzonym do elektrod. Jednak na tym nie koniec. Elektron po dotarciu do anody może wybić z niej inny elektron (jonizacja), w wyniku, czego w atomie powstaje wolne miejsce, które natychmiast jest zajmowane przez elektron z zewnętrznej powłoki. Energia powstała przy takim przejściu jest emitowana w postaci fotonu o ściśle określonej długości fali - jest to tzw. promieniowanie charakterystyczne. Oba te promieniowanie - promieniowanie hamowania i promieniowanie charakterystyczne składają się na promieniowanie rentgenowskie. Obecnie promieniowanie rentgenowskie oprócz tego, że jest szeroko wykorzystywane w medycynie, to także znalazło zastosowanie w badaniach nad strukturą materii - tzw. rentgenowska analiza strukturalna, oraz w badaniach dotyczących pierwiastkowego składu chemicznego substancji - tzw. rentgenowska analiza widmowa. Wykorzystanie promieniowania rentgenowskiego w medycynie opiera się na fakcie, że tkanka kostna znacznie lepiej pochłania promieniowanie rentgenowskie niż pozostałe tkanki człowiek, przez co na kliszy fotograficznej w miejscach gdzie dotarła mniejsza ilość promieniowania widoczne są białe ślady odwzorowujące strukturę kości człowieka.