出品：科学大院
作者：李志宏（中国科学院高能物理研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心中国科普博览
每当医生告诉你要拍个片的时候，你是不是就紧张的要命？你是不是每次经过放射科就避而远之，感觉自己受到了辐射？
那么，X射线真的会影响我们的健康吗？
X射线究竟到底是个啥？
X光很多人都照过，但它究竟是一种什么光？从哪儿来？怎样穿过你的身体呢？
实际上，X射线是一种波长较短的高能电磁波，由原子内层轨道中电子跃迁或高能电子减速所产生[1]。
X射线的波长一般范围为0.01~100 ?（1 ?＝10-200px），介于紫外线和g射线之间，并有部分重叠。
我们知道，可见光的波长约在400~700nm（1 nm＝10-175px）之间，而作为一种看不见的“光”，它的波长比可见光的波长要短得多。
在空气中，X射线的传播速度与可见光一样，并且是一种本质上与可见光相同的电磁波，所以具有类似于可见光、电子、质子、中子等的性质即波粒二象性。
从波动性的角度看，X射线是一个随时间变化的正弦式振荡的电场，其垂直方向是一个类似变化的磁场。
从粒子性的角度看，X射线是由大量以光速运动的、具有确定能量的粒子流，这些粒子称为光量子，或简称为光子。
X射线的波动性和粒子性是同时存在的，因此，在分析X射线的传播问题时，主要考虑波动性；分析X射线与物质相互作用时，主要考虑粒子性。
不同频率和波长的X射线，其光子能量是不同的，频率赿高，波长赿短，光子能量赿大。
与可见光相比，X射线除了具有波粒二象性的共性之外，还因其波长短、能量大而显示其它特性：如穿透能力强，能穿透可见光不能穿透的物质如生物软组织、木板、普通玻璃、甚至除重金属外的金属板，还能使气体电离；折射率几乎等于1，所以不能用折射而聚焦；通过晶体时发生衍射，因而可能X射线研究晶体内部结构。
而X射线的穿透力是由X射线光子能量的大小决定的，并不是X射线的强度。
一定频率的X射线，其强度大小取决于单位时间内通过单位截面的光子数目。
由于X射线对生物细胞与组织有较强的杀伤力，故应注意用铅板、铅玻璃或铅橡胶等对X射线进行防护。
X射线究竟从哪儿来？
说起X射线，1895年11月8日，德国维尔茨堡大学物理研究所所长威廉·伦琴教授（W. C. Rontgen 1845~1923）在研究阴极射线引起荧光现象时，首次观察到一种奇特的辐射线。
这种辐射线可以使涂有氰亚铂酸钡的荧光屏发出荧光，也使黑纸包着的底片感光，重要的是它能够穿透手指骨骼等物质[1-3]。
威廉·伦琴教授意识到这种现象是由阴极射线管产生的，是某种迄今未知的新型辐射引起的，这种肉眼看不到的新射线是一种不同于可见光的射线，于是用数学上表示未知数的字母“X”来称呼它，取名X射线，也称X光，后人也称为伦琴射线。
1895年12月28日，伦琴向德国维尔兹堡物理和医学学会递交了第一篇研究通讯《一种新射线——初步研究》，随后深入探讨X射线的产生、传播、穿透力等性质，使他在1901年成为第一位诺贝尔物理学奖获得者。
而现在人们已经发现了许多的X射线产生方法， 其中最为实用的能获得X射线的方法仍是当年伦琴所采用的方法——用阴极射线（高速电子束）轰击阴极（靶）的表面[1]。
各种各样专门用来产生X射线的X射线管的基本工作原理，也是通过高速运动的电子与物体碰撞时发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中99%的能量转换为热量，而1%的能量转换为X射线。
此外，高强度的X射线亦可由同步加速器产生，同步辐射光源是由以接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动改变运动方向时所产生的电磁辐射，具有高强度、连续波长、光束准直、极小的光束截面积并具有时间脉波性与偏振性，因而成为科学研究最佳之X光光源。
甚至利用具有放射性元素的衰变也可以得到X射线，核爆炸能产生X射线，宇宙射线中也含有X射线。
X射线与物质之间可以相互作用？
我们已经知道了X射线有较强的穿透能力，而在X射线穿透物质时会导致X射线有部分被吸收、有部分散射，也有部分透过[1-3]。
透过后的X射线强度将被衰减变弱，而吸收的程度与物质的组成、密度和厚度有关。
在这样一个吸收分散的过程中，X射线与物质的相互作用是很复杂的，会引起多种效应，产生多种物理、化学过程。
例如，它可以使气体电离；使一些物质发出可见的荧光；能破坏物质的化学键，引起化学分解，也能促使新键的形成，促进物质的合成；作用于生物细胞组织，还会导致生理效应，使新陈代谢发生变化甚至造成辐射损伤。
X射线的散射则分为能量和波长不变的相干散射和损失部分能量的非相干散射。
在物质的微观结构中，原子和分子的距离（1～10埃左右）正好落在X射线的波长范围内，所以物质（特别是晶体）对X射线的散射和衍射能够传递极为丰富的微观结构信息。
X射线，医学领域的“小帮手”
伦琴发现X射线后不久，就被应用于医学影像。
1896年2月，苏格兰医生约翰·麦金泰在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科[1]。
放射医学是医学的一个专门领域，它使用放射线照相术和其他技术产生诊断图像，这可能是X射线技术应用最广泛的地方。
借助计算机，人们可以把不同角度的X射线影像合成成三维图像，在医学上常用的电脑断层扫描（CT扫描）就是基于这一原理。
X射线应用于医学领域主要包括疾病诊断和治疗。
X射线应用于医学诊断，主要依据X射线的穿透作用、差别吸收、感光作用和荧光作用，也就是大家所“拍摄”的X光。
由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射线量比肌肉吸收的量要多，那么通过人体后的X射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱就有较大差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上将显示出不同密度的阴影。
根据阴影浓淡的对比，结合临床表现、化验结果和病理诊断，即可判断人体某一部分是否正常。
X射线的用途主要是探测骨骼的病变，但对于探测软组织的病变也相当有用。
常见的例子有胸腔X射线，用来诊断肺部疾病，如肺炎、肺癌或肺气肿；而腹腔X射线则用来检测肠道梗塞，自由气体及自由液体。
于是，这也是X射线诊断技术成为世界上最早应用的非刨伤性的内脏检查技术的原因。
X射线应用于治疗，主要依据其生物效应，应用不同能量的X射线对人体病灶部分的细胞组织进行照射时，即可使被照射的细胞组织受到破坏或抑制，从而达到对某些疾病，特别是肿瘤的治疗目的。
随着医学的不断发展，X射线医用检查即通过X射线对人体成像在医学领域中具有举足轻重的地位。
其实，X射线虽然具有一定的辐射性，但是对人体有辐射并不等于一定会对人体造成伤害，只有当X射线量达到一定程度才会对人体造成伤害。
“当量剂量”是反映各种射线或粒子被吸收后引起的生物效应强弱的辐射量，其国际标准单位是“西弗”（Sv），定义是每千克人体组织吸收1焦耳的能量为1西弗。
西弗是个非常大的单位，因此通常使用毫西弗、微西弗，比如，1西弗＝1000毫西弗，1毫西弗＝1000微西弗。
天然背景辐射源（如宇宙射线及环境中的砖块岩石）对人类造成的年吸收剂量约2.4个毫西弗（mSv），而医用放射线检查，如：拍一张X线胸片人体吸收的剂量相当于0.02 mSv，也就是说你可能多受了几天天然辐射的照射。
一次常规CT扫描的剂量要比普通胸片大的多，大约2－10mSv，做一次冠脉约7－15.7mSv。
随着科学的不断发展，现在高智能的CT都配有自动的、实时的剂量调节，取得最佳图像质量所需的最小X线的剂量基于计算机对定位像和每一层的实时采集数据的精细分析，这种双重的机制确保了最低的X线剂量下取得最佳的图像质量，因此辐射量有所减少。
X射线要适当防护
在利用X射线的同时，人们发现了其导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍，白血病等射线伤害的问题，为防止X射线对人体的伤害，必须采取相应的防护措施[5]。
对X射线线仪器操作者而言，就要万死不辞地做好屏蔽防护和距离防护措施。
屏蔽防护是指使用原子序数较高的物质，常用铅或含铅的物质，作为屏障以吸收不必要的X线。
通常采用X线管壳、遮光筒和光圈、滤过板、荧屏后铅玻璃、铅屏、铅橡皮围裙、铅手套以及墙壁等，进行屏蔽防护。
距离防护是指利用X线曝射量与距离平方成反比这一原理，通过增加X线源与人体间距离以减少曝射量，这是一个是简易有效的防护措施。
对患者而非言，没有特别需要陪护的患者，家属不必一起跟去做检查，这样受辐射是完全不必要的哦！
医务人员不能因为患者和受检者仅仅是来医院检查一次而忽略对他们的保护；受检者也要有自我保护意识，拒绝不合理的医疗照射。
为了避免不必要的X线曝射和超过容许量的曝射，应选择恰当的X线检查方法，设计正确的检查程序。
每次X线检查的曝射次数不宜过多，也不宜在短期内作多次重复检查（这对体层摄影和造影检查尤为重要）。
在投照时，应当注意投照位置、范围及曝射条件的准确性，对不需要检查的部位应穿戴防护用品（铅围裙、铅围脖、铅帽、铅眼睛、铅手套、牙科防护裙等）遮盖。
所以，别以为自己拍个X光就会“变异”，做好防护才是关键。
参考文献：
1.刘粤惠、刘平安，X射线衍射分析原理与应用，北京：化学工业出版社，2003.
2.https://baike.sogou.com/v206339.htm
3.https://wenku.baidu.com/view/7880707501f69e3143329489.html
4.https://www.dzcch.com/html/bjcs/2011-4/7/2011471057146.html
5.https://blog.sina.com.cn/s/blog_723f31410101br8p.html
