الأشعة السينية

لُوحظت الأشعة السينية في البداية في الأوساط العلمية كنوع من الإشعاع غير المُحدد المنبعث من أنابيب التفريغ، وذلك من قِبل مُجرّبين كانوا يدرسون أشعة الكاثود التي تُنتجها هذه الأنابيب، وهي عبارة عن حزم إلكترونية عالية الطاقة رُصدت لأول مرة عام 1869. لاحظ الباحثون الأوائل تأثيرات تُعزى إليها في العديد من أنابيب كروكس المبكرة (التي اختُرعت حوالي عام 1875). تُنتج أنابيب كروكس إلكترونات حرة عن طريق تأيين الهواء المتبقي في الأنبوب بواسطة جهد تيار مستمر عالٍ يتراوح بين بضعة كيلوفولتات و100 كيلوفولت. يُسرّع هذا الجهد الإلكترونات القادمة من الكاثود إلى سرعة عالية كافية لتوليد الأشعة السينية عند اصطدامها بالأنود أو الجدار الزجاجي للأنبوب. ^{[ 6 ]}

يُعتقد أن ويليام مورغان هو أول من قام بتجربة إنتاج الأشعة السينية (دون علمه) . ففي عام 1785، قدم ورقة بحثية إلى الجمعية الملكية في لندن يصف فيها تأثير تمرير تيارات كهربائية عبر أنبوب زجاجي مفرغ جزئيًا من الهواء، مما ينتج عنه توهج ناتج عن الأشعة السينية. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} وقد واصل همفري ديفي ومساعده مايكل فاراداي استكشاف هذا العمل .

ابتداءً من عام 1888، أجرى فيليب لينارد تجارب لمعرفة ما إذا كانت أشعة الكاثود قادرة على النفاذ من أنبوب كروكس إلى الهواء. بنى لينارد أنبوب كروكس مزودًا بنافذة في نهايته مصنوعة من الألومنيوم الرقيق، مواجهة للكاثود بحيث تصطدم بها أشعة الكاثود (سُمّي لاحقًا "أنبوب لينارد"). اكتشف لينارد أن مادة ما تخترق هذه النافذة، مما يؤدي إلى كشف الألواح الفوتوغرافية وظهور التألق. قاس لينارد قدرة هذه الأشعة على النفاذ عبر مواد مختلفة. وقد أشير إلى أن بعضًا من هذه "أشعة لينارد" كانت في الواقع أشعة سينية. ^{[ 10 ]}

وضع هيرمان فون هيلمهولتز معادلات رياضية للأشعة السينية. وقد افترض نظرية التشتت قبل أن يُعلن رونتجن اكتشافه. وقد استند في ذلك إلى النظرية الكهرومغناطيسية للضوء . ^{[ 11 ]} ومع ذلك، لم يعمل مع الأشعة السينية الفعلية.

في أوائل عام 1890، كان المصور ويليام جينينغز والأستاذ المساعد بجامعة بنسلفانيا، آرثر دبليو غودسبيد، يلتقطان صورًا للعملات المعدنية باستخدام شرارات كهربائية. في 22 فبراير، وبعد انتهاء تجاربهما، تُركت عملتان معدنيتان على كومة من الألواح الفوتوغرافية قبل أن يُوضح غودسبيد لجينينغز كيفية عمل أنابيب كروكس . أثناء تحميض الألواح، لاحظ جينينغز أقراصًا مجهولة المصدر على بعضها، لكن لم يستطع أحد تفسيرها، فتابعا العمل. في عام 1896 فقط، أدركا أنهما التقطا صورة بالأشعة السينية عن طريق الصدفة (لم يدّعيا اكتشافًا). ^{[ 12 ]}

وفي عام 1890 أيضاً، لاحظ مساعد رونتجن، لودفيج زيندر، وميضاً من الضوء من شاشة فلورية قبل أن ينثقب الأنبوب المغطى الذي كان يقوم بتشغيله. ^{[ 13 ]}

عندما أجرى فرناندو سانفورد، أستاذ الفيزياء بجامعة ستانفورد ، تجاربه في "التصوير الكهربائي" بين عامي 1891 و1893، بتصوير العملات المعدنية في ضوء الشرارات الكهربائية، ^{[ 14 ]} كما فعل جينينغز وجودسبيد، ربما يكون قد ولّد واكتشف أشعة سينية دون علمه. وقد نُشرت رسالته المؤرخة في 6 يناير 1893 إلى مجلة "فيزيكال ريفيو" ^{[ 14 ]} ، كما نُشرت مقالة بعنوان " بدون عدسة أو ضوء: صور فوتوغرافية ملتقطة بلوحة وجسم في الظلام" في صحيفة "سان فرانسيسكو إكزامينر" . ^{[ 15 ]}

في عام 1894، لاحظ نيكولا تيسلا وجود فيلم تالف في مختبره بدا أنه مرتبط بتجارب أنبوب كروكس، وبدأ في التحقيق في هذه الطاقة الإشعاعية غير المرئية . ^{[ 16 ] [ 17 ]} بعد أن حدد رونتجن الأشعة السينية، بدأ تيسلا في صنع صور بالأشعة السينية خاصة به باستخدام الفولتية العالية والأنابيب التي صممها بنفسه، ^{[ 18 ]} بالإضافة إلى أنابيب كروكس.

On 8 November 1895, German physics professor Wilhelm Röntgen discovered X-rays while experimenting with Lenard tubes and Crookes tubes and began studying them. He wrote an initial report "On a new kind of ray: A preliminary communication" and on 28 December 1895, submitted it to Würzburg's Physical-Medical Society journal.^[19] This was the first paper written on X-rays. Röntgen referred to the radiation as "X", to indicate that it was an unknown type of radiation. Some early texts refer to them as Chi-rays, having interpreted "X" as the uppercase Greek letter Chi, Χ.^[20][21][22]

There are conflicting accounts of his discovery because Röntgen had his lab notes burned after his death, but this is a likely reconstruction by his biographers:^[23][24] Röntgen was investigating cathode rays from a Crookes tube which he had wrapped in black cardboard so that the visible light from the tube would not interfere, using a fluorescent screen painted with barium platinocyanide. He noticed a faint green glow from the screen, about 1 meter (3.3 ft) away. Röntgen realized some invisible rays coming from the tube were passing through the cardboard to make the screen glow. He found they could also pass through books and papers on his desk. Röntgen threw himself into investigating these unknown rays systematically. Two months after his initial discovery, he published his paper.^[25]

Röntgen discovered their medical use when he made a picture of his wife's hand on a photographic plate formed due to X-rays. The photograph of his wife's hand was the first photograph of a human body part using X-rays. When she saw the picture, she said "I have seen my death."^[28]

أثار اكتشاف الأشعة السينية اهتمامًا كبيرًا. وقدّر أوتو غلاسر ، كاتب سيرة رونتجن ، أنه في عام 1896 وحده، نُشر ما يصل إلى 49 مقالًا و1044 بحثًا حول هذه الأشعة الجديدة. ^{[ 29 ]} وربما كان هذا تقديرًا متحفظًا، إذا أخذنا في الاعتبار أن جميع الصحف تقريبًا حول العالم غطّت هذا الاكتشاف الجديد على نطاق واسع، حيث خصصت مجلة مثل " ساينس" ما يصل إلى 23 مقالًا عنه في ذلك العام وحده. ^{[ 30 ]} وشملت ردود الفعل المثيرة للجدل على هذا الاكتشاف الجديد منشورات تربط هذا النوع الجديد من الأشعة بنظريات غامضة وخارقة للطبيعة، مثل التخاطر. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

استقرّ اسم الأشعة السينية، رغم اعتراضات رونتجن الشديدة، حيث اقترح العديد من زملائه تسميتها أشعة رونتجن . ولا تزال تُعرف بهذا الاسم في العديد من اللغات، بما في ذلك الألمانية، والمجرية، والأوكرانية، والدنماركية، والبولندية، والتشيكية، والبلغارية، والسويدية، والفنلندية، والبرتغالية، والإستونية، والسلوفاكية، والسلوفينية، والتركية، والروسية، واللاتفية، والليتوانية، والألبانية، واليابانية، والهولندية، والجورجية، والعبرية، والأيسلندية، والنرويجية.

حصل رونتجن على جائزة نوبل الافتتاحية في الفيزياء لاكتشافه. ^{[ 33 ]}

أدرك رونتجن على الفور إمكانية استخدام الأشعة السينية في التطبيقات الطبية. فإلى جانب بحثه المقدم إلى الجمعية الطبية الفيزيائية في 28 ديسمبر، أرسل رسالة إلى الأطباء الذين يعرفهم في أنحاء أوروبا (1 يناير 1896). ^{[ 34 ]} انتشر الخبر (وابتكار "الصور الظلية") بسرعة، وكان المهندس الكهربائي الاسكتلندي آلان أرشيبالد كامبل سوينتون أول من ابتكر صورة بالأشعة السينية (لليد) بعد رونتجن. وبحلول شهر فبراير، كان هناك 46 باحثًا يجرّبون هذه التقنية في أمريكا الشمالية وحدها. ^{[ 34 ]}

كان أول استخدام للأشعة السينية في ظروف سريرية على يد جون هول-إدواردز في برمنغهام، إنجلترا، في 11 يناير 1896، عندما قام بتصوير إبرة مغروسة في يد أحد زملائه بالأشعة. وفي 14 فبراير 1896، كان هول-إدواردز أيضًا أول من استخدم الأشعة السينية في عملية جراحية. ^{[ 35 ]}

في أوائل عام 1896، وبعد أسابيع قليلة من اكتشاف رونتجن، قام إيفان رومانوفيتش تارخانوف بتعريض الضفادع والحشرات للأشعة السينية، وخلص إلى أن هذه الأشعة "لا تقتصر على التصوير فحسب، بل تؤثر أيضًا على وظائفها الحيوية". ^{[ 36 ]} وفي الوقت نفسه تقريبًا، بدأ رسام الحيوانات جيمس غرين باستخدام الأشعة السينية لفحص العينات الهشة. وقد أشار جورج ألبرت بولنجر إلى هذا العمل لأول مرة في ورقة بحثية قدمها أمام الجمعية الحيوانية في لندن في مايو 1896. ونُشر كتاب "صور الأشعة السينية للبرمائيات والزواحف البريطانية " (وهو اسم قديم لصورة الأشعة السينية)، من تأليف غرين وجيمس هـ. غاردينر، مع مقدمة بقلم بولنجر، في عام 1897. ^{[ 37 ] [ 38 ]}

أُجري أول تصوير بالأشعة السينية الطبية في الولايات المتحدة باستخدام أنبوب تفريغ من تصميم إيفان بولوج . ^{[ 39 ]} في يناير 1896، وبعد قراءة اكتشاف رونتجن، اختبر فرانك أوستن من كلية دارتموث جميع أنابيب التفريغ في مختبر الفيزياء، ووجد أن أنبوب بولوج وحده هو الذي يُنتج الأشعة السينية. ويعود ذلك إلى تضمين بولوج "هدفًا" مائلًا من الميكا ، يُستخدم لحمل عينات من المواد الفلورية ، داخل الأنبوب. في 3 فبراير 1896، عرّض جيلمان فروست، أستاذ الطب في الكلية، وشقيقه إدوين فروست، أستاذ الفيزياء، معصم إيدي مكارثي، الذي كان جيلمان قد عالجه قبل أسابيع من كسر، للأشعة السينية، وجمعا صورة العظم المكسور على ألواح تصوير جيلاتينية حصلا عليها من هوارد لانجيل، وهو مصور محلي كان مهتمًا أيضًا بعمل رونتجن. ^{[ 40 ]}

Many experimenters, including Röntgen himself in his original experiments, came up with methods to view X-ray images "live" using some form of luminescent screen.^[34] Röntgen used a screen coated with barium platinocyanide. On 5 February 1896, live imaging devices were developed by both Italian scientist Enrico Salvioni (his "cryptoscope") and William Francis Magie of Princeton University (his "Skiascope"), both using barium platinocyanide. American inventor Thomas Edison started research soon after Röntgen's discovery and investigated materials' ability to fluoresce when exposed to X-rays, finding that calcium tungstate was the most effective substance. In May 1896, he developed the first mass-produced live imaging device, his "Vitascope", later called the fluoroscope, which became the standard for medical X-ray examinations.^[34] Edison dropped X-ray research around 1903, before the death of Clarence Madison Dally, one of his glassblowers. Dally had a habit of testing X-ray tubes on his own hands, developing a cancer in them so tenacious that both arms were amputated in a futile attempt to save his life; in 1904, he became the first known death attributed to X-ray exposure.^[34] During the time the fluoroscope was being developed, Serbian American physicist Mihajlo Pupin, using a calcium tungstate screen developed by Edison, found that using a fluorescent screen decreased the exposure time it took to create an X-ray for medical imaging from an hour to a few minutes.^[41][34]

In 1901, U.S. President William McKinley was shot twice in an assassination attempt while attending the Pan American Exposition in Buffalo, New York. While one bullet only grazed his sternum, another had lodged somewhere deep inside his abdomen and could not be found. A worried McKinley aide sent word to inventor Thomas Edison to rush an X-ray machine to Buffalo to find the stray bullet. It arrived but was not used. While the shooting itself had not been lethal, gangrene had developed along the path of the bullet, and McKinley died of septic shock due to bacterial infection six days later.^[42]

مع انتشار التجارب على الأشعة السينية بعد اكتشافها عام ١٨٩٥ على يد العلماء والأطباء والمخترعين، ظهرت العديد من القصص عن الحروق وتساقط الشعر، وأمور أسوأ، في المجلات التقنية آنذاك. في فبراير ١٨٩٦، أبلغ البروفيسور جون دانيال وويليام لوفلاند دادلي من جامعة فاندربيلت عن تساقط شعر دادلي بعد خضوعه لفحص بالأشعة السينية. في ذلك العام، أُحضر طفل مصاب بطلق ناري في رأسه إلى مختبر فاندربيلت. وقبل محاولة العثور على الرصاصة، أُجريت تجربة تطوع فيها دادلي "بتفانيه المعهود للعلم" ^{[ ٤٣ ] [ ٤٤ ] [ ٤٥ ]} . أفاد دانيال أنه بعد 21 يومًا من التقاط صورة لجمجمة دادلي (بمدة تعريض ساعة واحدة)، لاحظ بقعة صلعاء قطرها 5 سنتيمترات (بوصتان ) على الجزء الأقرب إلى أنبوب الأشعة السينية من رأسه: "تم تثبيت حامل ألواح مع توجيه الألواح نحو جانب الجمجمة، ووضعت عملة معدنية بين الجمجمة والرأس. تم تثبيت الأنبوب من الجانب الآخر على مسافة نصف بوصة [ 1.3 سم ] من الشعر." ^{[ 46 ]}  

في أغسطس/آب 1896، تعرض إتش دي هوكس، خريج كلية كولومبيا، لحروق بالغة في يده وصدره نتيجة تجربة بالأشعة السينية. نُشرت هذه الحادثة في مجلة "إلكتريكال ريفيو" ، ما أدى إلى إرسال العديد من التقارير الأخرى إلى المجلة حول مشاكل مرتبطة بالأشعة السينية. ^{[ 47 ]} كما أبلغ العديد من المجربين، بمن فيهم إيليو طومسون في مختبر إديسون، وويليام جيه مورتون ، ونيكولا تيسلا، عن تعرضهم للحروق. عرّض إيليو طومسون إصبعه عمدًا لأنبوب الأشعة السينية لفترة من الزمن، وعانى من ألم وتورم وتقرحات. ^{[ 48 ]} في بعض الأحيان، نُسبت الأضرار إلى عوامل أخرى، منها الأشعة فوق البنفسجية (ووفقًا لتيسلا) الأوزون. ^{[ 16 ]} ادعى العديد من الأطباء عدم وجود أي آثار للتعرض للأشعة السينية على الإطلاق. ^{[ 48 ]} في 3 أغسطس/آب 1905، في سان فرانسيسكو، كاليفورنيا، توفيت إليزابيث فليشمان ، رائدة الأشعة السينية الأمريكية، نتيجة مضاعفات ناجمة عن عملها في هذا المجال. ^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]}

أُصيب هول-إدواردز بسرطان (كان يُسمى آنذاك التهاب الجلد الناتج عن الأشعة السينية) بلغ مرحلة متقدمة بحلول عام ١٩٠٤، ما دفعه إلى كتابة أوراق بحثية وإلقاء خطابات عامة حول مخاطر الأشعة السينية. اضطر الأطباء إلى بتر ذراعه اليسرى من المرفق عام ١٩٠٨، ^{[ ٥٢ ]} ثم بتر أربعة أصابع من ذراعه اليمنى بعد ذلك بوقت قصير، ولم يتبقَّ سوى إبهامه. وُضِعَت يده اليسرى المبتورة في جامعة برمنغهام كعينة. ^{[ ٥٣ ]} توفي هول-إدواردز بمرض السرطان عام ١٩٢٦.

أثارت التطبيقات العديدة للأشعة السينية اهتماماً هائلاً على الفور. وبدأت ورش العمل في صنع نسخ متخصصة من أنابيب كروكس لتوليد الأشعة السينية، وقد استُخدمت أنابيب الأشعة السينية ذات الكاثود البارد من الجيل الأول أو أنابيب كروكس حتى حوالي عام 1920. ^{[ 54 ]}

كان نظام الأشعة السينية الطبي النموذجي في أوائل القرن العشرين يتألف من ملف رومكورف متصل بأنبوب أشعة سينية كروكس ذي مهبط بارد . وكانت فجوة شرارة تُوصل عادةً بجانب الجهد العالي بالتوازي مع الأنبوب، وتُستخدم لأغراض التشخيص. ^{[ 55 ]} تسمح فجوة الشرارة بالكشف عن قطبية الشرارات، وقياس الجهد من خلال طول الشرارات، وبالتالي تحديد "صلابة" فراغ الأنبوب، كما أنها توفر حملاً في حالة فصل أنبوب الأشعة السينية. للكشف عن صلابة الأنبوب، تُفتح فجوة الشرارة مبدئيًا إلى أوسع وضعية. وأثناء تشغيل الملف، يُقلل المشغل الفجوة حتى تبدأ الشرارات بالظهور. يُعتبر الأنبوب الذي تبدأ فيه فجوة الشرارة بالظهور عند حوالي 6.4 سنتيمتر (2.5 بوصة) لينًا (فراغ منخفض) ومناسبًا لأجزاء الجسم الرقيقة مثل اليدين والذراعين. وتشير شرارة بطول 13 سنتيمترًا (5 بوصات) إلى أن الأنبوب مناسب للكتفين والركبتين. تشير شرارة يتراوح طولها بين 18 و23 سنتيمترًا (7 إلى 9 بوصات) إلى مستوى فراغ أعلى مناسب لتصوير بطن الأشخاص ذوي الأحجام الكبيرة. ولأن فجوة الشرارة كانت موصولة بالتوازي مع الأنبوب، كان لا بد من فتحها حتى تتوقف الشرارة لتشغيل الأنبوب للتصوير. تراوح وقت التعريض للألواح الفوتوغرافية بين نصف دقيقة لليد وبضع دقائق للصدر. وقد تحتوي الألواح على كمية قليلة من الملح الفلوري لتقليل وقت التعريض. ^{[ 55 ]}   

كانت أنابيب كروكس غير موثوقة. إذ كان لا بد من احتواء كمية صغيرة من الغاز (عادةً الهواء) لأن التيار الكهربائي لا يمر في الأنبوب إذا كان مفرغًا تمامًا من الهواء. مع ذلك، بمرور الوقت، كانت الأشعة السينية تتسبب في امتصاص الزجاج للغاز، مما يؤدي إلى توليد الأنبوب لأشعة سينية "أكثر صلابة" حتى يتوقف عن العمل. زُوِّدت الأنابيب الأكبر حجمًا والأكثر استخدامًا بأجهزة لاستعادة الهواء، تُعرف باسم "المُليِّنات". غالبًا ما كانت هذه الأجهزة عبارة عن أنبوب جانبي صغير يحتوي على قطعة صغيرة من الميكا ، وهو معدن يحبس كميات كبيرة نسبيًا من الهواء داخل بنيته. يقوم سخان كهربائي صغير بتسخين الميكا، مما يؤدي إلى إطلاق كمية صغيرة من الهواء، وبالتالي استعادة كفاءة الأنبوب. مع ذلك، كان عمر الميكا محدودًا، وكانت عملية الاستعادة صعبة التحكم.

في عام 1904 ، اخترع جون أمبروز فليمنج الصمام الثنائي الحراري ، وهو أول نوع من الصمامات المفرغة . ^{[ 56 ]} يعتمد هذا الصمام على مهبط ساخن يتسبب في تدفق تيار كهربائي في الفراغ . وسرعان ما طُبقت هذه الفكرة على أنابيب الأشعة السينية، ومن ثم ظهرت أنابيب الأشعة السينية ذات المهبط الساخن، والتي تُسمى "أنابيب كوليدج"، ^{[ 57 ]} والتي حلت محل أنابيب المهبط البارد المُسببة للمشاكل تمامًا بحلول عام 1920 تقريبًا. ^{[ 58 ]}

في حوالي عام 1906، اكتشف الفيزيائي تشارلز باركلا أن الأشعة السينية يمكن أن تتشتت بواسطة الغازات، وأن لكل عنصر طيفًا مميزًا للأشعة السينية . وقد فاز بجائزة نوبل في الفيزياء عام 1917 لاكتشافه هذا. ^{[ 59 ]}

في عام 1912 ، لاحظ ماكس فون لاو ، وبول كنيبينغ، ووالتر فريدريش لأول مرة حيود الأشعة السينية بواسطة البلورات. وقد أدى هذا الاكتشاف، إلى جانب الأعمال المبكرة لبول بيتر إيوالد ، وويليام هنري براغ ، وويليام لورانس براغ ، إلى نشأة مجال علم البلورات بالأشعة السينية . ^{[ 60 ]}

في عام 1913 ، أجرى هنري موزلي تجارب علم البلورات باستخدام الأشعة السينية المنبعثة من معادن مختلفة وصاغ قانون موزلي الذي يربط تردد الأشعة السينية بالعدد الذري للمعدن. ^{[ 61 ]}

اخترع ويليام د. كوليدج أنبوب كوليدج للأشعة السينية في نفس العام ، مما أتاح إمكانية إصدار الأشعة السينية بشكل مستمر. وتعتمد أنابيب الأشعة السينية الحديثة على هذا التصميم، وغالبًا ما تستخدم أهدافًا دوارة تسمح بتبديد حرارة أعلى بكثير من الأهداف الثابتة، مما يسمح بدوره بإنتاج كمية أكبر من الأشعة السينية لاستخدامها في التطبيقات عالية الطاقة مثل أجهزة التصوير المقطعي المحوسب الدورانية.

كان الرائد جون هول إدواردز رائد استخدام الأشعة السينية للأغراض الطبية (والتي تطورت إلى مجال العلاج الإشعاعي ) في برمنغهام ، إنجلترا. ثم في عام 1908، اضطر إلى بتر ذراعه اليسرى بسبب انتشار التهاب الجلد الناتج عن الأشعة السينية على ذراعه. ^{[ 62 ]}

استخدم العلم الطبي أيضًا الصور المتحركة لدراسة وظائف الأعضاء البشرية. ففي عام ١٩١٣، صُوِّر فيلم في ديترويت يُظهر بيضة مسلوقة داخل معدة بشرية. سُجِّل هذا الفيلم المبكر بالأشعة السينية بمعدل صورة ثابتة كل أربع ثوانٍ. ^{[ ٦٣ ]} وكان الدكتور لويس غريغوري كول من نيويورك رائدًا في هذه التقنية، التي أطلق عليها اسم "التصوير الإشعاعي التسلسلي". ^{[ ٦٤ ] [ ٦٥ ]} وفي عام ١٩١٨، استُخدمت الأشعة السينية مع كاميرات الأفلام لتصوير الهيكل العظمي البشري أثناء الحركة. ^{[ ٦٦ ] [ ٦٧ ] [ ٦٨ ]} وفي عام ١٩٢٠، استُخدمت لتسجيل حركات اللسان والأسنان في دراسة اللغات من قِبَل معهد الصوتيات في إنجلترا. ^{[ ٦٩ ]}

في عام 1914 ، طورت ماري كوري سيارات الأشعة لدعم الجنود المصابين في الحرب العالمية الأولى . وقد سمحت هذه السيارات بإجراء تصوير سريع بالأشعة السينية للجنود الجرحى، مما مكن جراحي ساحة المعركة من إجراء العمليات الجراحية بسرعة ودقة أكبر. ^{[ 70 ]}

منذ أوائل عشرينيات القرن العشرين وحتى خمسينياته، طُوّرت أجهزة الأشعة السينية للمساعدة في قياس الأحذية ^{[ 71 ]} ، وبِيعت لمحلات الأحذية التجارية. ^{[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]} وفي خمسينيات القرن العشرين، أُثيرت مخاوف بشأن تأثير الاستخدام المتكرر أو غير المنضبط لهذه الأجهزة، ^{[ 75 ] [ 76 ]} مما أدى في النهاية إلى تراجع استخدامها. اقترحت كانبرا حظرها عام 1957، ^{[ 77 ]} بينما حظرتها سويسرا عام 1989. ^{[ 78 ]}

تم تطوير مجهر الأشعة السينية خلال أواخر الأربعينيات وأوائل الخمسينيات من القرن العشرين. ^{[ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]}

يُتيح مرصد تشاندرا للأشعة السينية، الذي أُطلق في 23 يوليو 1999، استكشاف العمليات العنيفة للغاية في الكون التي تُنتج الأشعة السينية . وعلى عكس الضوء المرئي ، الذي يُعطي صورة مستقرة نسبيًا للكون، فإن كون الأشعة السينية غير مستقر. فهو يتميز بنجوم تتمزق بفعل الثقوب السوداء ، واصطدامات المجرات ، والمستعرات العظمى ، والنجوم النيوترونية التي تُراكم طبقات من البلازما ثم تنفجر في الفضاء .

في ثمانينيات القرن الماضي، اقتُرح جهاز ليزر يعمل بالأشعة السينية كجزء من مبادرة الدفاع الاستراتيجي لإدارة ريغان ، إلا أن الاختبار الوحيد للجهاز (وهو نوع من "مدفع الليزر" أو شعاع الموت ، يعمل بانفجار نووي حراري) لم يُسفر عن نتائج حاسمة. ولأسباب فنية وسياسية، تم إلغاء تمويل المشروع برمته (بما في ذلك ليزر الأشعة السينية)، إلا أنه أُعيد إحياؤه لاحقًا من قِبل إدارة بوش الثانية تحت مسمى الدفاع الصاروخي الوطني باستخدام تقنيات مختلفة.

Phase-contrast X-ray imaging refers to a variety of techniques that use phase information of an X-ray beam to form the image. Due to its good sensitivity to density differences, it is especially useful for imaging soft tissues. It has become an important method for visualizing cellular and histological structures in a wide range of biological and medical studies. There are several technologies being used for X-ray phase-contrast imaging, all using different principles to convert phase variations in the X-rays emerging from an object into intensity variations.^[82][83] These include propagation-based phase contrast,^[84]Talbot interferometry,^[83] refraction-enhanced imaging,^[85] and X-ray interferometry.^[86] These methods provide higher contrast compared to normal absorption-based X-ray imaging, making it possible to distinguish from each other details that have almost similar density. A disadvantage is that these methods require more sophisticated equipment, such as synchrotron or microfocus X-ray sources, X-ray optics, and high resolution X-ray detectors.

X-rays with high photon energies above 5–10 keV (below 0.2–0.1 nm wavelength) are called hard X-rays, while those with lower energy (and longer wavelength) are called soft X-rays.^[87] The intermediate range with photon energies of several keV is often referred to as tender X-rays. Due to their penetrating ability, hard X-rays are widely used to image the inside of objects (e.g. in medical radiography and airport security). The term X-ray is metonymically used to refer to a radiographic image produced using this method, in addition to the method itself. Since the wavelengths of hard X-rays are similar to the size of atoms, they are also useful for determining crystal structures by X-ray crystallography. By contrast, soft X-rays are easily absorbed in air; the attenuation length of 600 eV (~2 nm) X-rays in water is less than 1 micrometer.^[88]

لا يوجد تعريف متفق عليه يميز بين الأشعة السينية وأشعة غاما . إحدى الممارسات الشائعة هي التمييز بين نوعي الإشعاع بناءً على مصدرهما: تنبعث الأشعة السينية من فقدان الإلكترونات لطاقتها ، بينما تنبعث أشعة غاما من تحلل نوى الذرات . ^{[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ] [ 92 ]} إلا أن هذا التعريف له بعض القيود. فعلى سبيل المثال، نظرًا لوجود تداخل في نطاقات طاقة أشعة غاما والأشعة السينية، إذا كان مصدر الفوتون غير معروف، فقد لا يكون من الواضح تصنيفه. وهناك ممارسة أخرى تتمثل في التمييز بين الأشعة السينية وأشعة غاما بناءً على الطول الموجي (أو ما يعادله، التردد أو طاقة الفوتون)، حيث يُعرَّف الإشعاع الأقصر من طول موجي محدد، مثل 10⁻¹¹ ^متر (0.1 أنغستروم )، بأنه إشعاع غاما. ^{[ 93 ]} يُصنِّف هذا المعيار الفوتون ضمن فئة محددة لا لبس فيها، ولكنه لا يُمكن تطبيقه إلا بمعرفة الطول الموجي. (بعض تقنيات القياس لا تُميِّز بين الأطوال الموجية المُكتشفة). ومع ذلك، غالبًا ما يتطابق هذان التعريفان، إذ أن الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من أنابيب الأشعة السينية يتميز عمومًا بطول موجي أطول وطاقة فوتونية أقل من الإشعاع المنبعث من النوى المشعة . ^{[ 89 ]} أحيانًا، يُستخدم أحد المصطلحين في سياقات مُحددة استنادًا إلى سوابق تاريخية، أو تقنية القياس (الكشف)، أو الاستخدام المقصود بدلًا من الطول الموجي أو المصدر. وهكذا، يُمكن الإشارة إلى أشعة غاما المُولَّدة للاستخدامات الطبية والصناعية، كالعلاج الإشعاعي على سبيل المثال ، في نطاق 6-20 ميغا إلكترون فولت، على أنها أشعة سينية في هذا السياق أيضًا. ^{[ 94 ]}   

إن احتمال حدوث امتصاص كهروضوئي لكل وحدة كتلة يتناسب تقريبًا مع${\textstyle Z^{3}/E^{3}}$، أين${\textstyle Z}$هو العدد الذري و${\textstyle E}$هي طاقة الفوتون الساقط. ^{[ 98 ]} لا تنطبق هذه القاعدة بالقرب من طاقات ربط الإلكترونات في الغلاف الداخلي، حيث تحدث تغيرات مفاجئة في احتمالية التفاعل، فيما يُعرف بحواف الامتصاص . ومع ذلك، فإن الاتجاه العام لمعاملات الامتصاص العالية ، وبالتالي أعماق الاختراق القصيرة ، قوي جدًا بالنسبة لطاقات الفوتون المنخفضة والأعداد الذرية العالية. بالنسبة للأنسجة الرخوة، يهيمن الامتصاص الضوئي حتى  طاقة فوتون تبلغ حوالي 26 كيلو إلكترون فولت، حيث يبدأ تشتت كومبتون. بالنسبة للمواد ذات العدد الذري الأعلى، يكون هذا الحد أعلى. الكمية العالية من الكالسيوم (${\textstyle Z=20}$إن وجودها في العظام، إلى جانب كثافتها العالية، هو ما يجعلها تظهر بوضوح شديد في صور الأشعة الطبية.

ينقل الفوتون الممتص طاقته بالكامل إلى الإلكترون الذي يتفاعل معه، مما يؤدي إلى تأيين الذرة التي كان مرتبطًا بها وإنتاج إلكترون ضوئي يُحتمل أن يؤين المزيد من الذرات في مساره. سيشغل إلكترون خارجي موقع الإلكترون الشاغر، مُنتجًا إما أشعة سينية مميزة أو إلكترون أوجيه . يمكن استخدام هذه التأثيرات للكشف عن العناصر من خلال مطيافية الأشعة السينية أو مطيافية إلكترون أوجيه .

يُعدّ تشتت كومبتون التفاعل السائد بين الأشعة السينية والأنسجة الرخوة في التصوير الطبي. ^{[ 99 ]} وهو عبارة عن تشتت غير مرن لفوتون الأشعة السينية بواسطة إلكترون في الغلاف الخارجي. ينتقل جزء من طاقة الفوتون إلى الإلكترون المتشتت، مما يؤدي إلى تأيين الذرة وزيادة طول موجة الأشعة السينية. يمكن للفوتون المتشتت أن يسلك أي اتجاه، ولكن الاتجاه الأقرب إلى اتجاهه الأصلي هو الأكثر احتمالاً، خاصةً بالنسبة للأشعة السينية عالية الطاقة . يُعبّر عن احتمالية زوايا التشتت المختلفة بصيغة كلاين-نيشينا . ويمكن حساب الطاقة المنتقلة مباشرةً من زاوية التشتت باستخدام قانوني حفظ الطاقة والزخم .

يُعدّ تشتت رايلي آلية التشتت المرن السائدة في نطاق الأشعة السينية. ^{[ 100 ]} وينتج عن التشتت الأمامي غير المرن معامل الانكسار، الذي يقلّ قليلاً عن 1 بالنسبة للأشعة السينية. ^{[ 101 ]}

يمكن توليد الأشعة السينية بواسطة أنبوب الأشعة السينية ، وهو أنبوب مفرغ يستخدم جهدًا عاليًا لتسريع الإلكترونات المنبعثة من مهبط ساخن إلى سرعة عالية. تصطدم هذه الإلكترونات عالية السرعة بهدف معدني، وهو المصعد ، مما يُنتج الأشعة السينية. ^{[ 104 ]} في أنابيب الأشعة السينية الطبية، يكون الهدف عادةً من التنجستن أو سبيكة أكثر مقاومة للتشقق من الرينيوم (5%) والتنجستن (95%)، ولكن يُستخدم الموليبدينوم أحيانًا في تطبيقات أكثر تخصصًا، مثل الحاجة إلى أشعة سينية ذات طاقة أقل كما في تصوير الثدي بالأشعة السينية. في علم البلورات، يُعد هدف النحاس هو الأكثر شيوعًا، وغالبًا ما يُستخدم الكوبالت عندما قد يُشكل التألق الناتج عن محتوى الحديد في العينة مشكلة. وعند الحاجة إلى طاقات أقل، كما في مطيافية الفوتونات الإلكترونية بالأشعة السينية ، تُستخدم غالبًا أشعة Kα _{السينية} من هدف من الألومنيوم أو المغنيسيوم.

تُحدَّد الطاقة القصوى لفوتون الأشعة السينية الناتج بطاقة الإلكترون الساقط، والتي تساوي الجهد الكهربائي على الأنبوب مضروبًا في شحنة الإلكترون، لذا  لا يمكن لأنبوب جهده 80 كيلو فولت أن يُنتج أشعة سينية بطاقة أكبر من 80  كيلو إلكترون فولت. عندما تصطدم الإلكترونات بالهدف، تتولد الأشعة السينية من خلال عمليتين ذريتين مختلفتين:

1. انبعاث الأشعة السينية المميز (التألق الكهربائي للأشعة السينية): إذا امتلك الإلكترون طاقة كافية، فإنه يستطيع إخراج إلكترون مداري من الغلاف الإلكتروني الداخلي للذرة المستهدفة. بعد ذلك، تملأ الإلكترونات من مستويات طاقة أعلى الفراغات، فتنبعث فوتونات الأشعة السينية. تُنتج هذه العملية طيف انبعاث للأشعة السينية بترددات محددة، تُعرف أحيانًا بالخطوط الطيفية. عادةً ما تكون هذه انتقالات من الأغلفة العليا إلى الغلاف K (وتُسمى خطوط K)، وإلى الغلاف L (وتُسمى خطوط L)، وهكذا. إذا كان الانتقال من 2p إلى 1s، يُسمى Kα، بينما إذا كان من 3p إلى 1s، يُسمى Kβ. تعتمد ترددات هذه الخطوط على مادة الهدف، ولذلك تُسمى بالخطوط المميزة. عادةً ما يكون خط Kα أكثر شدة من خط Kβ، وهو مرغوب فيه أكثر في تجارب حيود الأشعة السينية. لذلك، يُرشح خط Kβ باستخدام مرشح. عادة ما يكون المرشح مصنوعًا من معدن يحتوي على بروتون واحد أقل من مادة الأنود (على سبيل المثال مرشح النيكل لأنود النحاس أو مرشح النيوبيوم لأنود الموليبدينوم).
2. أشعة الكبح : هي إشعاع ينبعث من الإلكترونات عند تشتتها بفعل المجال الكهربائي القوي بالقرب من النوى. تتميز هذه الأشعة السينية بطيف متصل . ويُحدَّد تردد أشعة الكبح بطاقة الإلكترونات الساقطة.

لذا، يتكون ناتج أنبوب الأشعة السينية من طيف إشعاع كبح مستمر يتلاشى إلى الصفر عند جهد الأنبوب، بالإضافة إلى عدة ذروات عند الخطوط المميزة. تتراوح الجهود المستخدمة في أنابيب الأشعة السينية التشخيصية من حوالي 20  كيلو فولت إلى 150  كيلو فولت، وبالتالي تتراوح أعلى طاقات فوتونات الأشعة السينية من حوالي 20  كيلو إلكترون فولت إلى 150  كيلو إلكترون فولت. ^{[ 105 ]}

كلا عمليتي إنتاج الأشعة السينية هاتين غير فعالتين، إذ لا يُحوّل سوى حوالي واحد بالمئة من الطاقة الكهربائية التي يستخدمها الأنبوب إلى أشعة سينية، وبالتالي تُهدر معظم الطاقة الكهربائية المستهلكة على شكل حرارة زائدة. ولإنتاج تدفق مفيد من الأشعة السينية، يجب تصميم أنبوب الأشعة السينية بحيث يُبدد الحرارة الزائدة.

يُعدّ إشعاع السنكروترون ، الذي يتم توليده بواسطة مسرعات الجسيمات ، مصدراً متخصصاً للأشعة السينية، ويُستخدم على نطاق واسع في الأبحاث . ومن خصائصه الفريدة: إنتاج أشعة سينية أكبر بكثير من تلك التي تنتجها أنابيب الأشعة السينية، وطيف واسع للأشعة السينية، وتجميع ممتاز ، واستقطاب خطي . ^{[ 106 ]}

 يمكن إنتاج دفعات قصيرة من الأشعة السينية، تبلغ ذروتها عند طاقة 15 كيلو إلكترون فولت، بشكل موثوق عن طريق نزع شريط لاصق حساس للضغط من قاعدته في فراغ معتدل. يُرجح أن يكون هذا نتيجة لإعادة اتحاد الشحنات الكهربائية الناتجة عن الشحن الاحتكاكي . شدة التألق الاحتكاكي للأشعة السينية كافية لاستخدامها كمصدر للتصوير بالأشعة السينية. ^{[ 107 ]}

يمكن أيضًا إنتاج الأشعة السينية بواسطة البروتونات السريعة أو الأيونات الموجبة الأخرى. ويُستخدم انبعاث الأشعة السينية الناتج عن البروتونات أو ^{الجسيمات} على نطاق واسع كإجراء تحليلي. عند الطاقات العالية، يتناسب مقطع الإنتاج _العرضي مع Z₁²Z₂⁻⁴ _، حيث Z₁ هو العدد الذري للأيون، و Z₂ هو العدد ^الذري للذرة المستهدفة. ^{[ 108 ]} _{ويمكن الاطلاع على نظرة عامة على هذه المقاطع العرضية في} المرجع نفسه.

تُنتَج الأشعة السينية أيضًا في البرق المصاحب لومضات أشعة غاما الأرضية . وتتمثل الآلية الأساسية في تسارع الإلكترونات في المجالات الكهربائية المرتبطة بالبرق، وما يتبعه من إنتاج فوتونات عبر إشعاع الكبح (Bremsstrahlung) . ^{[ 109 ]} ينتج عن ذلك فوتونات بطاقات تتراوح بين بضعة كيلو إلكترون فولت وعشرات الميغا إلكترون فولت. ^{[ 110 ]} في التفريغات المختبرية ذات فجوة  طولها متر واحد تقريبًا وجهد ذروة يبلغ 1 ميغا فولت، تُلاحَظ  أشعة سينية بطاقة مميزة تبلغ 160 كيلو إلكترون فولت. ^{[ 111 ]} أحد التفسيرات المحتملة هو التقاء شرارتين كهربائيتين وإنتاج إلكترونات متسارعة عالية الطاقة ؛ ^{[ 112 ]} ومع ذلك، فقد أظهرت المحاكاة المجهرية أن مدة تعزيز المجال الكهربائي بين الشرارتين قصيرة جدًا بحيث لا تُنتج عددًا كبيرًا من الإلكترونات المتسارعة. ^{[ 113 ]} وقد طُرح مؤخراً أن اضطرابات الهواء في محيط الشرارات يمكن أن تسهل إنتاج الإلكترونات المتسارعة، وبالتالي إنتاج الأشعة السينية من التفريغات. ^{[ 114 ] [ 115 ]} 

التصوير الشعاعي الإسقاطي هو تقنية لإنتاج صور ثنائية الأبعاد باستخدام الأشعة السينية. تحتوي العظام على تركيز عالٍ من الكالسيوم ، الذي يمتص الأشعة السينية بكفاءة عالية نظرًا لعدده الذري المرتفع نسبيًا . هذا يقلل من كمية الأشعة السينية التي تصل إلى الكاشف في ظل العظام، مما يجعلها مرئية بوضوح في الصورة الشعاعية. كما تظهر الرئتان والغاز المحتبس بوضوح بسبب انخفاض امتصاصهما مقارنةً بالأنسجة، بينما يصعب تمييز الاختلافات بين أنواع الأنسجة. ^{[ 120 ]}

تُعدّ الصور الشعاعية الإسقاطية مفيدة في الكشف عن أمراض الجهاز الهيكلي، وكذلك في الكشف عن بعض الأمراض في الأنسجة الرخوة . ومن الأمثلة البارزة على ذلك صورة الصدر بالأشعة السينية ، والتي تُستخدم لتشخيص أمراض الرئة مثل الالتهاب الرئوي وسرطان الرئة والوذمة الرئوية ، وصورة البطن بالأشعة السينية ، التي تكشف عن انسداد الأمعاء ، والهواء الحر (الناتج عن ثقوب في الأحشاء)، والسوائل الحرة (في حالة الاستسقاء ). كما تُستخدم الأشعة السينية للكشف عن أمراض مثل حصى المرارة (التي نادرًا ما تكون معتمة للأشعة ) أو حصى الكلى التي غالبًا ما تكون مرئية (ولكن ليس دائمًا). أما الأشعة السينية التقليدية فهي أقل فائدة في تصوير الأنسجة الرخوة كالدماغ أو العضلات . ومن المجالات التي تُستخدم فيها الصور الشعاعية الإسقاطية على نطاق واسع تقييم وضعية الغرسات العظمية ، مثل استبدال الركبة أو الورك أو الكتف، في الجسم بالنسبة للعظام المحيطة. يمكن تقييم ذلك ثنائي الأبعاد من خلال صور الأشعة السينية العادية، أو ثلاثي الأبعاد باستخدام تقنية تُسمى "التسجيل من ثنائي الأبعاد إلى ثلاثي الأبعاد". يُزعم أن هذه التقنية تُزيل أخطاء الإسقاط المرتبطة بتقييم موضع الزرعة من صور الأشعة السينية العادية. ^{[ 121 ]}

تُستخدم الأشعة السينية للأسنان بشكل شائع في تشخيص مشاكل الفم الشائعة، مثل التسوس . ^{[ 122 ]}

في تطبيقات التشخيص الطبي، تُعتبر الأشعة السينية منخفضة الطاقة (الناعمة) غير مرغوب فيها، لأن الجسم يمتصها بالكامل، مما يزيد جرعة الإشعاع دون أن يُحسّن الصورة. لذا، تُوضع عادةً صفيحة معدنية رقيقة، غالبًا من الألومنيوم، تُسمى مرشح الأشعة السينية ، فوق نافذة أنبوب الأشعة السينية، لامتصاص الجزء منخفض الطاقة من الطيف. يُطلق على هذه العملية اسم " تصليد الحزمة" لأنها تُزيح مركز الطيف نحو الأشعة السينية ذات الطاقة الأعلى (أو الأكثر صلابة). ^{[ 123 ] [ 124 ]}

للحصول على صورة للجهاز القلبي الوعائي ، بما في ذلك الشرايين والأوردة ( تصوير الأوعية الدموية )، تُؤخذ صورة أولية للمنطقة التشريحية المراد تصويرها. ثم تُؤخذ صورة ثانية لنفس المنطقة بعد حقن مادة تباين يودية في الأوعية الدموية ضمن هذه المنطقة. بعد ذلك، تُطرح الصورتان رقميًا، ليتبقى لدينا صورة لمادة التباين اليودية فقط تُحدد الأوعية الدموية. ثم يُقارن أخصائي الأشعة أو الجراح الصورة الناتجة بصور تشريحية طبيعية لتحديد ما إذا كان هناك أي تلف أو انسداد في الوعاء.

التصوير المقطعي المحوسب (CT) هو تقنية تصوير طبي تُستخدم للحصول على صور مقطعية أو شرائح لمناطق محددة من الجسم من خلال سلسلة كبيرة من صور الأشعة السينية ثنائية الأبعاد الملتقطة في اتجاهات مختلفة. ^{[ 125 ]} ويمكن دمج هذه الصور المقطعية لتكوين صورة ثلاثية الأبعاد للجسم من الداخل. ^{[ 126 ]} يُعد التصوير المقطعي المحوسب تقنية تصوير أسرع وأقل تكلفة، ويمكن استخدامه لأغراض التشخيص والعلاج في مختلف التخصصات الطبية. ^{[ 126 ]}

التنظير الفلوري تقنية تصوير شائعة الاستخدام بين الأطباء وأخصائيي العلاج الإشعاعي للحصول على صور متحركة فورية للهياكل الداخلية للمريض باستخدام جهاز التنظير الفلوري. ^{[ 127 ]} يتكون جهاز التنظير الفلوري في أبسط صوره من مصدر للأشعة السينية وشاشة فلورية، يوضع المريض بينهما. مع ذلك، تربط أجهزة التنظير الفلوري الحديثة الشاشة بمُكثِّف صور الأشعة السينية وكاميرا فيديو CCD ، مما يسمح بتسجيل الصور وعرضها على شاشة. قد تستخدم هذه الطريقة مادة تباين. تشمل الأمثلة قسطرة القلب (لفحص انسدادات الشريان التاجي )، وإجراءات الانصمام (لإيقاف النزيف أثناء انصمام الشريان الباسوري )، وابتلاع الباريوم (لفحص اضطرابات المريء والبلع). في الآونة الأخيرة، يستخدم التنظير الفلوري الحديث دفعات قصيرة من الأشعة السينية، بدلاً من شعاع مستمر، لتقليل التعرض للإشعاع بشكل فعال لكل من المريض والمُشغِّل. ^{[ 127 ]}

يُعرف استخدام الأشعة السينية كعلاج بالعلاج الإشعاعي ، ويُستخدم على نطاق واسع في إدارة حالات السرطان (بما في ذلك التخفيف من أعراضه )؛ ويتطلب جرعات إشعاعية أعلى من تلك المستخدمة في التصوير الطبي فقط. تُستخدم حزم الأشعة السينية منخفضة الطاقة لعلاج سرطانات الجلد، بينما تُستخدم حزم عالية الطاقة لعلاج السرطانات التي تصيب أعضاءً أخرى في الجسم، مثل سرطان الدماغ والرئة والبروستاتا والثدي. ^{[ 128 ] [ 129 ]}