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1.2 X线的基本特性
【X线发现及产生条件】 1. X线的发现
1895年11月8日，德国物理学家伦琴（Rontgen）在研究阴极射线管气体放电时，发现附近涂有铂氰化钡的纸板上能发出肉眼可见的荧光，并将手置于阴极射线管与铂氰化钡板之间，在纸板上显示出手的轮廓及骨骼影像。伦琴推断这是一种特殊的射线，当时不清楚这种射线的性质，便借用数学上代表未知数的符号“X”来代替，称之为X射线，又称伦琴射线。
2. X线的产生必须具备的条件
①电子源；②在真空条件下，高电压产生的强电场和高速运动的电子流；③适当的障碍物（靶面）来接受高速运动电子所带的能量，使高速电子所带的动能部分转变为X线能。
【X线的本质及质与量】 1. X线的本质
X线属于电磁辐射的一种，和其他光线一样，具有微粒和波动二象性。X线的波长范围约为6×10 -11～5×10 -6cm，医学诊断用X线管管电压通常在40～150kV之间，相应的X线波长约为8× 10 -10～3.1×10 -9cm。
X线在与物质相互作用时表现了微粒性：每个光子具有一定的能量、动量和质量，能产生光电效应，能激发荧光物质发出荧光等现象。X线又和其他光线一样，在传播的过程中表现了波动性，具有频率和波长，并有干涉、衍射、反射和折射等现象。这些都充分说明了X线不仅具有微粒性和波动性，且微粒性和波动性并存。
2. X线的质（线质）
一般用于表示X线的硬度，即穿透物质的能力，它代表光子的能量。X线的质仅与光子能量有关，能量越大，X线的波长越短，穿透力越强。X线管发出的是波长不等的连续X线谱，其实很难用一个数值来表示，在实际工作中，一般用管电压（kV）数值间接表示X线的质。也可用半价层来表示X线质，半价层（HVL）是指入射的X线强度减弱为原来的一半时某均匀吸收体的厚度，半价层越厚，表示X线质越硬。
3. X线的量
是X线束中的光子数目，在实际工作中，常用X线管的管电流与照射时间的乘积毫安秒（mAs）来表示X线的量。管电流越大，代表X线管中被加速的电子数目越多，电子撞击阳极靶面产生的X线量越多，则X线强度越大。
4. X线强度
是指在单位时间内垂直于X线传播方向的单位面积上所通过的光子数目和能量的总和。X线管长轴方向上的X线强度分布是非对称性的，近阳极端的X线强度小，近阴极端的X线强度大；X线管短轴方向上的X线强度分布基本对称。
【X线效率与效应】 1. X线产生的效率
是指发生的X线能量占全部电子撞击阳极靶面总能量的百分率。电子撞击阳极靶面的全部能量中，碰撞损失的能量最后将全部转化为热能，仅有辐射损失能量的极小部分（约0.2%）转变为X线能。
2. 穿透作用
是指X线穿过物质时不被吸收的本领，其穿透性不仅与X线的能量有关，还与被穿透物质的本身结构和原子性质有关。光子能量越大，产生X线波长越短，对物质的穿透作用越强。物质的原子序数高、密度大，吸收X线量多，X线穿透力相对较弱；物质原子序数低、密度小，吸收X线量少，X线穿透力相对较强。X线对人体各组织穿透性的差异是X线医学成像的基础。
3. 荧光作用
某些荧光物质，如钨酸钙、铂氰化钡、硫化锌镉及某些稀土元素等，受到X线照射时，物质原子发生电离或被激发处于受激状态。当被激发的原子恢复到基态时，电子的能级跃迁辐射出可见光和紫外线光谱，即荧光。具有这种特性的物质叫荧光物质，这种物质间的作用称荧光作用。
4. 电离作用
物质受到X线照射，原子核外电子脱离原子轨道，这种作用称为电离作用。
5. 感光作用
由于电离作用， X线照射到胶片，使胶片上的卤化银发生光化学反应，出现银颗粒的沉淀，称为X线的感光作用。
6. 生物效应
生物细胞特别是增殖性细胞经一定量的X线照射后，可以产生抑制、损伤甚至坏死，即为X线的生物效应。
【光电效应与康普顿效应】 1. 光电效应
当X线光子与物质的原子内壳层轨道电子相互作用时，将全部能量传递给电子，一部分能量使其克服核电场作用而脱出轨道，释放出来的电子叫光电子；另一部分剩余能量则成为光电子高速运动的动能，此种现象称为光电效应。这种被击原子对光子能量的吸收叫做光电吸收，多发生于低能量的光子和原子序数较高的物质作用的时候。
2. 康普顿散射
X线光子与原子外层轨道电子（自由电子）相互作用时，光子将部分能量传递给电子，轨道电子获得能量后摆脱原子核的束缚，从原子中射出。而入射光子损失掉一部分能量，就改变了频率和方向，与原入射方向成某一角度散射，这个过程称为康普顿散射。
【连续放射与标识放射】 1. 连续放射
又称韧致辐射。在X线管中，管电压越高，阴极电子获得的动能就越大。一部分具有足够动能且高速运动的电子与所撞击的靶原子核相互作用，将电子的全部能量（动能）转变为光子，产生波长极短的X线。但高速运动的电子并不一定全部直接与靶原子核相撞，有的只是受到核内正电场的作用而失去一部分能量，并且以光子形式放射出来。愈接近原子核，失去的能量愈多，放射出的X线波长愈短。其他电子因得到的动能较小，产生的X线波长较长。高速电子经过第一次撞击失去一部分能量，再以较低速度继续撞击，直到能量完全耗尽为止。
由于单位时间内大量的、能量不等的电子同时撞击靶面，且在与靶原子相互作用中损失的能量也各不相同。所以，X线管放射出的X线是一束波长不等、连续的混合射线，称之为连续放射（韧致辐射）。
2. 标识放射
又称特征辐射，是由高速运动的电子与靶原子的内层轨道电子相互作用所产生的。X线管阴极发出的电子，以很大的动能撞击靶面时，原子内层轨道电子被击出而留下一个空位。按能量分布最低的原则，处于高能态的外壳层电子必然要向内壳层填补，产生电子跃迁现象。在跃迁过程中将其多余的能量以光子的形式放射出来，便产生X线。
不同的靶物质，其原子结构不同，发出X线的波长也不尽相同。这种由靶物质所决定的X线称为标识放射，它与X线管的管电流无关。电子撞击靶物质产生标识射线所需要的足够能量是由管电压决定的，管电压与靶物质的原子序数平方成正比，原子序数越高，需要的能量越大，产生的标识X线波长越短。
【X线几何投影】 1. X线束
高速运动的电子撞击球管阳极靶面时，由于靶面呈一定倾角，从靶面发出的X线是以焦点为顶点的圆锥形X线束。自靶面射出并垂直于窗口中心的射线称为中心线，它代表投照方向。在X线束中，中心线以外的射线均称为斜射线。
2. 有效焦点的大小及射线量的分布
X线管阳极靶面接受高速运动电子撞击的面积，称为实际焦点，简称焦点。X线管焦点对各方向的投影均称为有效焦点，垂直于窗口方向的投影，为X线管标称有效焦点。
同一个X线管有效焦点的大小，随X线投射的方向而不同，X线量的分布也是不均匀的。在X线管的纵轴上，近阴极端的有效焦点大，X线量分布多；近阳极端的有效焦点小，X线量分布少。阳极靶面倾角延长线以外部分，因靶面的吸收，其原发射线为零，此为阳极足跟现象。
在X线管的短轴（纵轴两侧）上，有效焦点对称相等，X线量分布也是相等的。以上称X线管的阳极效应。由于阳极效应的存在，摄影时应注意肢体的长轴与X线管的长轴平行，并将被照体密度高、厚度大的部分置于阴极端，使胶片的密度基本趋于均衡。
3. 影像放大与失真
当X线呈平行线束且垂直照射于被照体时，影像不会产生放大和变形。X线束是以焦点为顶点的锥形放射线束，被照体在探测器上的X线影像是放大的，放大率为影像与物体的比值，它等于焦-片距与焦-肢距的比值。
【散射线的产生与消除】 1. 散射线的产生
X线与人体相互作用的主要形式是光电吸收和康普顿散射吸收，其中康普顿散射吸收会伴有散射线的产生，散射线对物体也有穿透性、被吸收和再次产生散射等作用。
散射线量的多少与原发射线的能量、被照体的厚度、密度、原子序数以及照射面积有关。管电压越高，能量越大，产生X线波长越短，散射线越多；被照体越厚、密度越大、原子序数越高、受照射面积越大，产生的散射线也越多。如果散射线大量存在，就会使图像产生灰雾。
2. 散射线消除
主要方法有抑制法和消除法。抑制法时使用滤过板和遮线器，前者是用铝板或薄铜板等放置于窗口处，吸收波长较长的原发射线，从而减少散射线的产生。后者是在摄影时尽量缩小照射野的面积，减少不必要的原发射线，从而减少散射线。减少散射线的设备是滤线栅（参见滤线栅）。
【自动X线曝光】 1. 自动曝光控制机制
目前有两种自动曝光控制，即以荧光效应控制的光电管自动曝光控制和以X线对空气的电离效应为基础的电离室自动曝光控制。
共同机制是采用对X线敏感的探测器，它们把X线剂量转换成电流或电压，并正比于X线剂量率，在时间积分后的电压就正比于所接受的X线剂量。当把积分电压与一个正比于图像密度的设定电压进行比较，由一个门限探测器给出剂量到达设定值的曝光终止信号，以切断高压，就形成了自动曝光控制。
2. 光电管自动曝光系统
由影像增强器输出屏发出的可见光经分光采样送至光电倍增管，它的输出信号经放大后变为控制信号。这种控制信号正比于光电倍增管所接受的光强度，因而信号也正比于影像增强器所接收的X线剂量率。
控制信号经过一个积分器按曝光时间积分后的电压，正比于剂量率对曝光时间的积分——X线剂量。当它达到某一定值时，便由门限探测器给出曝光结束信号，切断高压，就形成了自动剂量控制。
3. 电离室自动曝光系统
是利用电离室内气体电离的物理效应，电离电流正比于X线强度，也正比于影像密度。当X线影像达到理想密度时，通过电离电流的作用，自动切断曝光。