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X線(エックスせん、)は、物理学では波長が1pm - 10nm程度の電磁波のこと。放射線の一種。医学、放射線技術では以下で説明される意味である。二つの意味を混同しやすいので注意が必要である。

レントゲンが1895年末に発見した。このためレントゲン線と呼ぶこともある。波長のとりうる領域(エネルギーのとりうる領域)がガンマ線のそれと一部重なっている。これは、X線とガンマ線との区別が波長ではなく発生機構によるためであり、波長からX線かガンマ線かを割り出すことはできない。軌道電子の遷移を起源とするものをX線、原子核内のエネルギー準位の遷移を起源とするものをガンマ線と呼ぶ。

なお、日本の法令の条文上ではカタカナを用いて「エックス線」と表記するのが原則となっている。

呼称の由来は数学の“未知数”を表わす「X」で、これもレントゲンの命名による。

◆ 発生方法

◇ 電子の励起準位の差によるもの

例えば、対陰極として銅、モリブデン、タングステンなどの標的に、加速した電子ビーム(30 keV程度)を当て原子の1s軌道の電子を弾き飛ばす、すると空になった1s軌道に、より外側の軌道(2p、3p軌道など)から電子が遷移してくる。この遷移によって放出される電磁波がX線(特性X線)である。この時、軌道のポテンシャルエネルギーの差で電磁波の波長が決まるので、どのような波長のX線でも出てくる訳ではない。

加速電圧(管電圧)と電子流による電流(管電流)からくる消費電力の1%程度だけがX線に転換される。つまり電子線の電力の99%が対陰極の金属塊を熱するという事になる為、実験上冷却が重要である。このような方法でX線を発生させる装置は、

・ X線管(特にX線管の中で分析管と言われるものは特性X線を利用する)

・ クルックス管

がある。

◇ 運動エネルギーによるもの

電子を対陰極で急激に制動させたり、磁場により運動方向を変更したりするなどの加速度運動をするとX線が放射され(制動放射)、制動X線と呼ばれる。特定のスペクトルを示さないので、白色X線と言われる。このような方法でX線を発生させる装置は

・ X線管

・ 放射光施設(SPring-8等)

◇ 熱によるもの

レーザーで高温のプラズマを発生させ、超短パルスのX線を発生させたり、X線レーザー発振の研究が行われている。

・高温のプラズマ

・ブラックホールに落下し加熱されたガス

◇ トリボルミネッセンス

セロハンテープのロールを一定の速さではがすことによるもの。トリボ(摩擦)ルミネッセンスの一種であるが、X線の発生については2008年現在の摩擦学の理論では十分な説明ができないという。1950年代には旧ソ連の科学者たちが、セロハンテープロールをある速さではがすとエネルギースペクトルのX線の領域でパルスが発生することを突き止めていた。2008年にUCLA(米カリフォルニア大学ロサンゼルス校)のチームが、真空中でセロハンテープを秒速3センチメートルの速さで剥がすことでX線撮影が可能な強度のX線が発生したことを観測し、ネイチャー誌に発表したイギリス版、Nature、2008年10月23日 http://www.afpbb.com/article/environment-science-it/science-technology/2531731/3460343。

◆ 用途

・医療分野(診断用)でのX線写真・CT

・材料の内部の傷等の探索(非破壊検査)

・物性物理学分野では結晶構造解析の手段(X線回折)として利用される。

◆ 種類

;超軟X線(Ultrasoft X-ray)

:約数10eVのエネルギーが非常に低く紫外線に近いX線

;軟X線(Soft X-ray)

:約0.1 - 2keVのエネルギーが低くて透過性の弱いX線

;X線(X-ray)

:約2 - 20keVの典型的なX線 (一部を軟X線に入れたり硬X線に入れる場合もある)

;硬X線(Hard X-ray)

:約20 - 100keVのエネルギーが高くて透過性の強いX線

:波としての性質より粒子としての性質を強く示すようになる。

◆ 出典

◆ 関連項目

・ X線写真

・ CT

・ X線天文学

・ ブラックホール

・ 放射線取扱主任者

・ 診療放射線技師

・ 診療エックス線技師

・ エックス線作業主任者

・ エネルギー分散型X線分析

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