X線は電磁波の一種で、人の皮膚を透視し、その下にある骨の画像を映し出す能力で最もよく知られているものです。 技術の進歩により、X線ビームはより強力で焦点が絞られ、小さな生物細胞やセメントのような材料の構造成分のイメージングから癌細胞の死滅まで、この光波の用途はますます広がっています。

X線は、軟X線と硬X線に大別されます。 軟X線は波長が10ナノメートル（ナノは10億分の1）と比較的短いため、電磁波スペクトルの中で紫外線とガンマ線の間に位置します。 硬X線の波長は約100ピコメートル（1ピコメートルは1兆分の1メートル）です。 この電磁波はガンマ線と同じ電磁波です。 両者の唯一の違いは、その発生源です。 X線は電子を加速することで発生しますが、ガンマ線は原子核が4つの核反応のうち1つを起こすことで発生します。

X線の歴史

X線は、1895年にドイツのヴュルツブルク大学教授、ヴィルヘルム・コンラッド・レントゲンによって発見されました。 非破壊検査資料センターの「X線写真の歴史」によると、レントゲンは高電圧のブラウン管の近くにある結晶を暗黒紙で遮蔽しても、蛍光を発することに気づきました。 ブラウン管から何らかのエネルギーが発生し、それが紙を透過して結晶を光らせていたのだ。 レントゲンはこの未知のエネルギーを “X線 “と名付けた。 実験によると、この放射線は骨ではなく軟組織を透過し、写真板に影像を作り出すことがわかった。

この発見により、レントゲンは1901年に最初のノーベル物理学賞を受賞しました。

X線源と効果

X線は、銅やガリウムなどの原子に高エネルギーの電子ビームを衝突させて地球上で生成できると、スタンフォード放射光光源のディレクター、ケリー・ガフニー氏は述べています。 ビームが原子に当たると、S殻と呼ばれる内殻の電子が揺さぶられ、時には軌道から飛び出すこともある。 その電子がないと原子は不安定になる。原子が「リラックス」して平衡状態に戻るには、いわゆる1p殻の電子がその隙間を埋めるように落ちてくるのだとガフニー教授は言う。 その結果は？ その結果、X線が放出されます。

「問題は、蛍光があらゆる方向に広がることです」と、Gaffney氏はLive Scienceに語っています。 「ということです。 高エネルギーで明るいX線源を作るのは、あまり簡単な方法ではありません」

シンクロトロン（閉じた円形の経路内で電子などの荷電粒子を加速する粒子加速器の一種）に入ります。 基本的な物理学では、荷電粒子を加速すると必ず光を発すると考えられています。 光の種類は、電子（または他の荷電粒子）のエネルギーと、電子を円周上に押し出す磁場に依存すると、ガフニー教授は述べています。

シンクロトロン放射光は、欧州放射光施設によると、1947年に米国のゼネラル・エレクトリック社で初めて観測されました。 この放射線は粒子のエネルギーを失わせるため厄介なものと考えられていたが、その後1960年代にX線管の欠点を克服する優れた特性を持つ光として認識されるようになった。 放射光の興味深い特徴の一つは、偏光していることである。つまり、光子の電場と磁場はすべて同じ方向に振動し、直線状にも円状にもなる。

「電子は相対論的なので、光を放つと、結局は前方方向に集束されます」とガフニー氏は言います。 このような状況下において、当社では、「安全性」、「信頼性」、「経済性」、「環境保全性」、「信頼性」の各項目において、高い評価を得ています。 非破壊検査リソースセンターによると、「放射線は部品を通してフィルムやその他の検出器に照射されます。 その結果得られる影絵は、内部の特徴を示し、その部品が健全であるかどうかを示す。 これは、医師や歯科医師のオフィスで、それぞれ骨や歯のX線画像を作成するのに使われているのと同じ技術です。

X線は、貨物、荷物、乗客に対する輸送セキュリティ検査にも不可欠です。 電子画像検出器により、荷物や乗客の中身をリアルタイムに可視化することができます。

X線の当初の用途は骨の撮影でしたが、当時のフィルムでは軟部組織と容易に区別がつきました。 しかし、より正確な集光システムと、写真フィルムや電子画像センサーの改良など、より感度の高い検出方法によって、より低い被ばく量で、ますます細かい部分や組織密度の微妙な違いを識別できるようになりました。

さらに、CT（コンピュータ断層撮影）は複数のX線画像を組み合わせて、関心領域の3Dモデルを作成するものです。

CTと同様に、ヘルムホルツ材料エネルギーセンターによると、放射光トモグラフィーは、工学部品のような物体の内部構造の3次元画像を明らかにすることができます。 この治療法は正常な細胞にもダメージを与えるため、国立がん研究所は、副作用を最小限に抑えるために慎重に治療計画を立てることを推奨しています。

米国環境保護庁によると、X線によるいわゆる電離放射線は、原子や分子から電子を完全に奪い、その性質を変化させるのに十分なエネルギーで、焦点を合わせた領域をザッピングします。 十分な量を浴びると、細胞を傷つけたり破壊したりすることができる。 この細胞の損傷はがんの原因となりますが、がんとの闘いにも利用することができます。 X線を癌の腫瘍に照射することで、その異常な細胞を破壊することができるのです。

X線天文学

ミズーリ州立大学天文学教授のロバート・パターソンによると、X線の発生源は、ブラックホールや中性子星を含む近接連星系だそうです。 これらの星系では、より重くコンパクトな星の残骸が、内側に渦を巻きながら、伴星から物質を剥ぎ取って、非常に高温のX線放出ガスの円盤を形成することがあります。 また、渦巻き銀河の中心にある超巨大ブラックホールは、重力の及ぶ範囲にある星やガス雲を吸収してX線を放射することがあります。

X線望遠鏡は、通常の望遠鏡の鏡では通り過ぎてしまう高エネルギーの光子（光）を、低角度の反射を利用して集光しています。 地球の大気はほとんどのX線を遮断するため、観測は通常、高高度の気球や軌道上の望遠鏡で行われます。

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