X線：電磁放射線の波長・相互作用・画像診断と医療用途

X線と物質の相互作用

X線は多くの固体材料を透過できるが、透過の程度は材料の組成と厚さに左右される。この透過力により、X線画像（しばしば放射線写真と呼ばれる）は、医学において骨などの体内構造を可視化するために広く用いられている。「X線」という語は、放射線そのものだけでなく、これらの写真を指す場合も多い。

X線画像に見られる濃淡は、レイリー散乱、コンプトン散乱、光電吸収など、複数の物理過程によって生じる。より高密度な組織や材料はX線をより強く吸収または偏向させるため、骨はX線が吸収または散乱されて明瞭に写る。これに対し、皮膚や筋肉などの軟部組織は、診断用X線のエネルギーに対して比較的透過性が高く、コントラストは小さい。

画像化装置と代替手法

標準的なX線では見えにくい特徴を検出するため、ほかの走査技術も使用される。軟部組織の詳細を得るには、磁気共鳴画像法が一般的な選択肢である。コンピュータ断層撮影装置は、複数のX線投影像とコンピュータを用いて三次元（3D）の表現を構築し、単一のX線投影では明らかにできない構造を示すことができる。

X線の発生と分類

多くのX線管では、電子を加速して金属標的に衝突させることで放射線を発生させる。急激な減速によってX線光子が生じる。これらの量子は電磁エネルギーの形態であり、しばしば光子として記述される。

エネルギーに依存する作用と用途

X線は電離放射線の一種であり、原子や分子から電子を取り除くことができる。生じる相互作用は光子エネルギーに強く依存する。低エネルギーの「軟X線」は光電効果を起こしやすく、中間のエネルギーではコンプトン散乱が一般的であり、非常に高いエネルギーでは対生成が起こりうる。通常のX線撮影に用いられるX線は、一般に低～中程度のエネルギーである。対照的に、がんを治療する放射線療法では、コンプトン散乱、場合によってはほかの高エネルギー過程を利用して腫瘍細胞を損傷させる、より高エネルギーのビームが用いられる。

自然被ばくと生物学的リスク

少量のX線は環境中に自然に存在し、ほかの電離放射線と同様に生体分子を変化させうる。長期間の被ばくまたは高線量の被ばくは、がんを発症するリスクを高める。一方、急速に分裂する腫瘍細胞は健康な組織よりも電離による損傷に感受性が高いことが多いため、悪性細胞を破壊する目的で、制御された線量のX線が放射線療法に意図的に使用される。