A röntgensugárzást 1895. november 8-án fedezte fel – véletlenül, kísérletezés közben – Wilhelm Conrad Röntgen. Kísérletezni szerető kutató volt, aki éppen a katódsugarakkal foglalkozott.
A katódsugárzás úgy jön létre, hogy egy légüresre szivattyúzott csőben elektródokat helyezünk el, és rájuk feszültséget kapcsolunk. A pozitív elektród az anód, míg a negatív elektród a katód. Feszültség hatására a csőben kisülés keletkezik, és a katódból, vagyis a negatív elektródból felgyorsult, nagy sebességű elektronok száguldanak ki. Ha gáz marad a csőben, az világítani kezd, és ha a gáz nyomását csökkentjük, akkor a szemközt levő üvegfal zölden fluoreszkál. Ezt a beleütköző elektronok fejlesztik, amit katódsugárzásnak neveznek. Ha az anódot a katóddal szembehelyezzük, akkor az elektronok, vagyis a katódsugárzás belecsapódik. Épp a katódsugárral kísérletezett Röntgen, mégpedig úgy, hogy a katódcsövet fekete átlátszatlan papírba burkolta. Remélte, hogy így nem jut ki a csőből semmilyen sugárzás. De nem így történt. A véletlenül ott hagyott fluoreszkáló só élénken világítani kezdett. Ahányszor megismételte a kísérletet, ugyanaz történt, tehát a befedett katódcsőből mégis kijutott a sugárzás. Ezeket a sugarakat X sugaraknak nevezte. Rövidesen rájött, hogy a szembehelyezett burkolt fényképet is befeketíti, és ha emberi kezet tesz közé, azt is átvilágítja és rögzíti a fényképen. Ekkor keletkeztek az első röntgenképek, melyeknél a film a negatív. Mivel ez a felfedezése forradalmasította a tudományt, főleg az orvosi diagnosztikát, elsőként kapta meg a Nobel-díjat. De Röntgen a nagy hírnév ellenére megmaradt szerény embernek, a Nobel-díjat is jótékonysági célokra fordította, és megmaradt kutatónak.
Rövidesen elkészítették az első röntgengépet, amivel az emberi szerveket, testet fényképezték. Kezdetben még sokáig tartott az expozíció, vagyis a sugárzás, csak később jöttek rá, hogy vigyázni kell a röntgensugarakkal, és védekezni is kell velük szemben. Kezdetben katódcsöveket használtak, később pedig ionlámpákat. Egyik sem volt jó megoldás, csak 1913-ban fedezte fel Coolidge az izzó katódú vagy elektroncsövet, mely a röntgenológiában bevált. Itt az elektronok az izzó wolfram fémből válnak ki. Ebből fejlődött ki a mai röntgengép.
A röntgensugarakról
A röntgensugarakat a röntgenkészülékben állítják elő. A készülék fő része a röntgencső és a transzformátor. A röntgencsövet a nagy feszültségű áramkörbe kapcsolják, melyet a transzformátor szolgáltat. A röntgencsőben a katód wolframszál, melyet néhány voltos áram fehéredésig izzít, és megtörténik az elektronok termikus missziója, mikor az elektronok a katódtól az anód felé repülnek különböző sebességgel, mely a nagyfeszültségtől függ. Pl. 100 kV feszültségnél 160 000 km/s a sebességük. Az anódban, vagyis az antikatódban az elektronok lefékeződnek, ütköznek és leginkább röntgensugárzást keltenek, de létrejönnek még más sugarak is, pl. fékezési sugarak, karakterisztikus sugarak és nyélsugárzás is. Ezek nem hasznos sugarak, melyeket a cső burkolata elnyel.
A röntgensugaraknak különféle hatásuk van. Az orvosi gyakorlatban is felhasználják a következő hatásukat. Az első a fluoreszcencia, amit már Röntgen is észrevett, és ez a röntgenátvilágítás alapja. A röntgensugárzásra világító, fluoreszkáló anyag a bárium-platin-cianid, cink-szulfid, kálium-wolframát és cink-szilikát. Az átvilágításhoz ernyőt használnak, melyet bevonnak fluoreszkáló anyaggal (kadmiummal szennyezett cink-szulfiddal), amely a röntgensugarak hatására sárgászöld fénnyel fluoreszkál. Ha a test a röntgensugár és a világítóernyő között van, akkor a sugárátbocsátó szövetek világosak lesznek, míg a sugárelnyelő szövetek sötétebbek.
A röntgenfelvétel a másik hatásukon, a fotográfiai hatáson alapszik. A fényérzékeny filmre a röntgensugarak úgy hatnak, mint a fény. Megfeketítik, megsötétítik, ami előhívás után látszik. A sugárátbocsátó szövetek itt sötétek lesznek, míg a sugárelnyelő szövetek világosabbak.
A harmadik hatást nem a diagnosztikában alkalmazzák, mint az előző kettőt, hanem a gyógyításban. Ez a röntgenterápia, amely a biológiai hatáson alapszik. Ez annak köszönhető, hogy a röntgensugarak, áthatolva az élő testeken, az atomokat gerjesztik, ionizálják, tehát elektronokat löknek ki belőlük, és így pozitív és negatív ionok keletkeznek. Ez biokémiai folyamatok változásához vezet a testben. A szervek, szövetek nem egyformán érzékenyek ezekre a folyamatokra. Tehát léteznek sugárérzékeny, radioszenzibilis szövetek, ezek a nemzőszervek és vérképzőszervek. A közepesen érzékenyek a bőr- és a parenchymás szövetek, míg a sugárellenálló, vagyis a radiorezisztens az izom-, csont- és idegszövet. A radioszenzibilitás egyenesen arányos a sejtek szaporodási képességével, és fordítva arányos a fejlettségi képességükkel, és ezt használják ki a tumorok sugárterápiájában.
Az ionizáció mérésével meghatározzák a dózist, amelyet az egyén kaphat sugárártalmak nélkül. A dózismérőben egy kis mérőeszközben van az ionizációs kamra, mely méri az ionok által keletkezkező ionizációs áram feszültségét. A röntgensugárzás mértékegysége a röntgen, jele R. Ezredrésze a mR (milliröntgen).
A röntgensugarak, miközben áthaladnak a testeken, gyengülnek. A lágy sugarak a fotoelektromos hatással megszűnnek, ami azt jelenti, hogy erejüket teljesen átadják az atommaghoz közeli elektronnak, melyből foton repül ki, fényhatást kiváltva. A keményebb sugarak viszont gyengülés következtében nem szűnnek meg teljesen, hanem az ún. Compton-féle hatás következtében gyengülnek. Itt a nekiütközött elektronoktól új, másodlagos, nagyob hullámhosszú, gyengébb sugarak keletkeznek, melyek szintén nekiütközve az atomok atomközeli elektronjának harmadlagos, még gyengébb sugarakat gerjesztenek, míg teljesen meg nem szűnnek fotoelektromos hatással. A primer sugarak megtartják eredeti irányukat, míg a többi sugár a tér minden irányába terjed.
A millióvoltos, nagyon erős röntgensugaraknál pozitron és elektron is keletkezik, de ennek nincs jelentősége a gyengébb sugaraknál.
A röntgensugarak minősége függ az elektronok sebességétől, míg az elektronok sebessége a csőre kapcsolt feszültségtől. A feszültséget kilovoltokban (kV) 1kV=1000V mérjük. Ha a feszültséget növeljük, akkor kemény, nagyobb energiájú, rövidebb hullámhosszú sugarak keletkeznek, míg fordítva, ha a feszültséget csökkentjük, akkor lágy, nagyobb hullámhosszú, kisebb energiájú sugarak keletkeznek. A röntgensugarak erősségét, a sugárzás intenzitását a csőáram erősségével szabályozzuk. Mértékegysége a milliamper (mA), mely az amper ezredrésze.
A kV szerint a röntgensugarak lehetnek ultralágy vagy határsugarak (5–20 kV), lágy sugarak (20–60 kV), középkemény sugarak (60–120 kV), kemény sugarak (120–250 kV) és ultrakemény sugarak (250 kV felett).
