x射线是如何工作的

x射线基本上和可见光是一样的。两者都是波状的电磁能量由叫做光子的粒子携带(见光线是如何工作的详细信息）。X射线和可见光之间的区别是能量水平单个光子。这也表示为波长一束光线。

我们的眼睛对可见光的特定波长敏感，但对高能X射线的较短波长或低能X射线的较长波长不敏感无线电波．

可见光光子和X射线光子都是由光的运动产生的电子在原子. 电子占据原子核周围不同的能级或轨道。当电子下降到较低的轨道时，它需要释放一些能量——它以光子的形式释放额外的能量。光子的能级取决于电子在轨道之间下落的距离。（见本页查阅此过程的详细描述。)

当一个光子与另一个原子碰撞时，这个原子可能发生碰撞吸收光子通过将电子提升到更高的能级来获得能量。为了实现这一点，光子的能级必须火柴两个电子位置之间的能量差。如果不是，光子就不能在轨道之间移动电子。

组成你身体组织的原子能很好地吸收可见光光子。光子的能级符合电子位置之间的不同能量差。在较大的原子中，无线电波没有足够的能量使电子在轨道之间移动，所以它们可以穿过大多数物质。x射线光子也能穿过大多数物体，但原因正好相反:它们有太多的能量。

然而，它们可以将一个电子从原子中完全击退。X射线光子的一部分能量用于将电子从原子中分离出来，其余的能量则使电子在太空中飞行。较大的原子更有可能以这种方式吸收X射线光子，因为较大的原子在轨道之间有较大的能量差——能级与光子的能量更接近。较小的原子，电子轨道被相对较低的能量跃迁分开，不太可能吸收X射线光子。

你身体中的软组织是由更小的原子组成的，因此不能很好地吸收x射线光子。组成骨骼的钙原子更大，所以它们更擅长吸收X射线光子．

在下一节中，我们将看到x光机如何发挥这种效果。

x光机的心脏是电极对--一个阴极和一个阳极，它们位于玻璃真空管. 阴极是一个阴极加热灯丝就像你在一个更老的荧光灯.机器将电流通过灯丝，加热灯丝。热量将电子从灯丝表面溅射出来。带正电的阳极是一个由金属制成的扁平圆盘钨，吸引电子穿过管子。

阴极和阳极之间的电压差非常大，因此电子以很大的力穿过管子。当一个加速的电子与钨原子碰撞时，它会在原子的一个较低轨道上击落一个电子。较高轨道上的电子立即下降到较低的能级，以光子的形式释放出额外的能量。这是一个很大的下降，所以光子有很高的能级，它是一个X射线光子。

自由电子与钨原子碰撞，将一个电子从低轨道撞出。一个更高的轨道电子填补了空的位置，以光子的形式释放多余的能量。

自由电子也可以在不撞击原子的情况下产生光子。一个原子的原子核可能会吸引一个高速运动的电子来改变它的运动轨迹。就像一颗彗星飞来飞去太阳，电子通过原子时速度减慢并改变方向。这种“制动”作用使电子以X射线光子的形式发出多余的能量。

自由电子被吸引到钨原子核上。当电子加速通过时，原子核改变了它的轨道。电子失去能量，并以X射线光子的形式释放出来。

X射线产生过程中涉及的高冲击碰撞产生大量热量。A.电动机旋转阳极以防止其熔化（电子束并不总是聚焦在同一区域）。外壳周围的冷油浴也会吸收热量。

整个装置被厚厚的铅屏蔽层包围。这可以防止X射线向各个方向逃逸。屏蔽层中的一个小窗口可以让一些X射线光子以窄光束逃逸。光束在到达患者的途中通过一系列过滤器。

患者另一侧的摄像机记录了X射线穿过患者身体的模式。X射线照相机使用与照相机相同的胶片技术普通的相机，但是x光而不是可见光引发化学反应。(见摄影胶片的工作原理来了解这个过程。)

一般来说，医生将电影图像作为一个整体保存消极的. 也就是说，暴露于更多光线的区域看起来更暗，而暴露于较少光线的区域看起来更亮。硬材质（如骨骼）显示为白色，软材质显示为黑色或灰色。医生可以通过改变X射线束的强度来聚焦不同的材料。

x射线是医学界的一大亮点;它们可以让医生在不做任何手术的情况下窥视病人的内心。用x光检查骨折的骨头比给病人开刀更容易也更安全。

但是X射线也可能是有害的。在X射线科学的早期，许多医生会让病人和他们自己长时间暴露在射线下。最终，医生和病人开始发展辐射病，医学界知道有些地方不对劲。

问题是x光是一种电离辐射．当普通的光照射到一个原子时，它不会以任何显著的方式改变这个原子。但当x射线击中一个原子时，它可以把原子上的电子撞开，从而产生离子，一个带电的原子。然后，自由电子与其他原子碰撞，产生更多的离子。

离子的电荷会导致内部发生非自然的化学反应细胞. 除其他外，充电可能会中断脱氧核糖核酸链。DNA链断裂的细胞要么死亡，要么DNA发生突变。如果大量细胞死亡，身体会发展成各种疾病。如果DNA发生突变，一个细胞可能会癌变的，这种癌症可能会扩散。如果突变发生在精子或卵细胞中，则可能导致出生缺陷。由于所有这些风险，医生们今天很少使用X射线。

即使有这些风险，x光扫描仍然是比手术更安全的选择。x光机是医学上的宝贵工具，也是安全和科学研究的资产。它们确实是有史以来最有用的发明之一。

有关X射线和X射线机的更多信息，请查看下一页的链接。