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  早期X射線重要的研究者有Ivan Pului教授、威廉·克魯克斯爵士、約翰·威廉·希托夫、歐根·戈爾德斯坦、海因裡希·魯道夫·赫茲、菲利普·萊納德、亥姆霍茲、尼古拉·特斯拉、愛迪生、查爾斯·巴克拉、馬克思·馮·勞厄和威廉·倫琴。  1869年物理學家約翰·威廉·希托夫觀察到真空管中的陰極發出的射線。當這些射線遇到玻璃管壁會產生熒光。1876年這種射線被歐根·戈爾德斯坦命名為「陰極射線」。隨後,英國物理學家克魯克斯研究稀有氣體裡的能量釋放,並且製造了克魯克斯管。這是一種玻璃真空管,內有可以產生高電壓的電極。他還發現,當將未曝光的相片底片靠近這種管時,一些部分被感光了,但是他沒有繼續研究這一現象。1887年4月,尼古拉·特斯拉開始使用自己設計的高電壓真空管與克魯克斯管研究X光。他發明了單電極X光管,在其中電子穿過物質,發生了現在叫做軔致輻射的效應,生成高能X光射線。1892年特斯拉完成了這些實驗,但是他並沒有使用X光這個名字,而只是籠統地稱為放射能。他繼續進行實驗,並提醒科學界注意陰極射線對生物體的危害性,但他沒有公開自己的實驗成果。1892年赫茲進行實驗,提出陰極射線可以穿透非常薄的金屬箔。赫茲的學生倫納德進一步研究這一效應,對很多金屬進行了實驗。亥姆霍茲則對光的電磁本性進行了數學推導。 1895年11月8日德國科學家倫琴開始進行陰極射線的研究。1895年12月28日他完成了初步的實驗報告“一種新的射線”。他把這項成果釋出在維爾茨堡的Physical-Medical Society雜誌上。為了表明這是一種新的射線,倫琴採用表示未知數的X來命名。很多科學家主張命名為倫琴射線,倫琴自己堅決反對,但是這一名稱直至今日仍然被廣泛使用,尤其在德語國家。1901年倫琴獲得諾貝爾物理學獎。  1895年愛迪生研究了材料在X光照射下發出熒光的能力,發現鎢酸鈣最為明顯。1896年3月愛迪生髮明瞭熒光觀察管,後來被用於醫用X光的檢驗。然而1903年愛迪生終止了自己對X光的研究,因為他公司的一名玻璃工人喜歡將X光管放在手上檢驗,最後得了癌症,儘管進行了截肢手術仍然沒能挽回生命。巴克拉發現X射線能夠被氣體散射,並且每一種元素有其特徵X譜線。他因此獲得了1917年諾貝爾物理學獎。  在20世紀80年代,X射線鐳射器被設定為羅納德·里根總統的戰略主動防禦計劃的一部分。然而對該裝置(一種類似鐳射炮,或者死亡射線的裝置,由熱核反應提供能量)最初的、同時也是僅有的試驗並沒有給出結論性的結果。同時,由於政治和技術的原因,整體的計劃(包括X射線鐳射器)被擱置了(然而該計劃後來又被重新啟動——使用了不同的技術,並作為布什總統國家導彈防禦計劃的一部分)。  在20世紀90年代,哈佛大學建立了錢德拉X射線天文臺,用來觀測宇宙中強烈的天文現象中產生的X射線。與從可見光觀測到的相對穩定的宇宙不同,從X射線觀測到的宇宙是不穩定的。它向人們展示了恆星如何被黑洞絞碎,星系間的碰撞,超新星和中子星。

  X射線波長略大於0.5 nm的被稱作軟X射線。波長短於0.1 nm的叫做硬X射線。硬X射線與波長長的(能量小)伽馬射線範圍重疊,二者的區別在於輻射源,而不是波長:X射線光子產生於高能電子加速,伽馬射線則來源於原子核衰變。  產生X射線的最簡單方法是用加速後的電子撞擊金屬靶。撞擊過程中,電子突然減速,其損失的動能會以光子形式放出,形成X光光譜的連續部分,稱之為制動輻射。通過加大加速電壓,電子攜帶的能量增大,則有可能將金屬原子的內層電子撞出。於是內層形成空穴,外層電子躍遷回內層填補空穴,同時放出波長在0.1奈米左右的光子。由於外層電子躍遷放出的能量是量子化的,所以放出的光子的波長也集中在某些部分,形成了X光譜中的特徵線,此稱為特性輻射。  此外,高強度的X射線亦可由同步加速器或自由電子鐳射產生。同步輻射光源,具有高強度、連續波長、光束準直、極小的光束截面積並具有時間脈波性與偏振性,因而成為科學研究最佳之X光光源。

  X射線的探測可基於多種方法。最普通的一種方法叫做照相底板法,這種方法在醫院裡經常使用。將一片照相底片放置於人體後方,X射線穿過人體內軟組織(面板及器官)後會照射到底片,令這些部位於底片經顯影后保留黑色;X射線無法穿過人體內的硬組織,如骨或其他被注射含鋇或碘的物質,底片於顯影后會顯示成白色。光激影像板(image plate)因容易數字化,在少部分醫院已取代傳統底片。另一方法是利用X光照射在特定材質上以產生螢光,例如碘化鈉(NaI)。科學研究上,除了使用X光CCD,也利用X光遊離氣體的特性,使用氣體遊離腔做為X光強度之偵測。這些方法只能顯示出X射線的光子密度,但無法顯示出X射線的光子能量。X光光子的能量通常以晶體使X光繞射再依布拉格定律計算出。

  在晶體學研究上,勞厄發現了X射線通過晶體之後產生的衍射現象,即X光衍射。布拉格則使用布拉格定律對衍射關係進行了定量的描述。

  倫琴發現X射線後僅僅幾個月時間內,它就被應用於醫學影像。1896年2月,蘇格蘭醫生約翰·麥金泰爾在格拉斯哥格拉斯哥皇家醫院設立了世界上第一個放射科。  放射醫學是醫學的一個專門領域,它使用放射線照相術和其他技術產生診斷影象。的確,這可能是X射線技術應用最廣泛的地方。X射線的用途主要是探測骨骼的病變,但對於探測軟組織的病變也相當有用。常見的例子有胸腔X射線,用來診斷肺部疾病,如肺炎、肺癌或肺氣腫;而腹腔X射線則用來檢測腸道梗塞,自由氣體(free air,由於內臟穿孔)及自由液體(free fluid)。某些情況下,使用X射線診斷還存在爭議,例如結石(對X射線幾乎沒有阻擋效應)或腎結石(一般可見,但並不總是可見)。  藉助計算機,人們可以把不同角度的X射線影像合成成三維影象,在醫學上常用的電腦斷層掃描(CT掃描)就是基於這一原理。  X射線穿透能力與其頻率有關,利用其容易被高原子序數材料吸收的特點,防護上一般可用2-3mm左右的鉛板加以遮蔽。  美國艾伯特.C.蓋瑟曾利用X射線製造出美容除毛機並建立崔可公司,但因為輻射使他罹患癌症,最後為避免癌症擴散,他切除了右手,而X射線的美容除毛機也導致數百萬名婦女出現皺紋、色斑、感染、潰瘍,甚至面板癌等症狀。
X射線(英語:X-ray),又被稱為愛克斯射線、艾克斯射線、倫琴射線或X光,是一種波長範圍在0.01奈米到10奈米之間(對應頻率範圍30 PHz到30EHz)的電磁輻射形式。X射線最初用於醫學成像診斷和X射線結晶學。X射線也是遊離輻射等這一類對人體有危害的射線。