У 1895 р німецький фізик В. Рентген виявив, що з трубки, в якій створюються катодні промені, випускаються ще й невідомі промені, проникаючі через скло, повітря, а також багато тіл, непрозорі для звичайного світла. Ці промені в подальшому були названі рентгенівськими.
Самі рентгенівські промені невидимі, але викликають світіння багатьох речовин і сильно діють на фоточутливі матеріали. Тому для їх дослідження застосовують спеціальні екрани, що світяться під дією рентгенівських променів. Завдяки цій властивості вони і були виявлені Рентгеном.
Рентгенівські промені виходять при гальмуванні швидко летять електронів. Навколо летять електронів існує магнітне поле, оскільки рух електрона являє собою електричний струм. При різкому гальмуванні електрона в момент удару об перешкоду магнітне поле електрона швидко змінюється і в простір випромінюється електромагнітна хвиля, довжина якої тим менше, чим більше швидкість електрона до удару об перешкоду. Рентгенівські промені отримують за допомогою спеціальних двоелектродної ламп (рис. 34.17), на які подається висока напруга, порядку 50-200 кВ. Електрони, що випускаються напруженим катодом рентгенівської трубки, прискорюються сильним електричним полем в просторі між анодом і катодом і з великою швидкістю вдаряються об анод. При цьому з поверхні анода випускаються рентгенівські промені, що виходять крізь скло трубки назовні. Гальмівне випромінювання рентгенівської трубки має суцільний спектр.
Рентгенівські трубки з напруженим катодом самі є випрямлячами, і їх можна живити змінним струмом.
Якщо електрони в ускоряющем поле набувають досить високу швидкість, щоб проникнути всередину атома анода і вибити один з електронів його внутрішнього шару, то на його місце переходить електрон з більш віддаленого, шару з випромінюванням кванта великої енергії. Таке рентгенівське випромінювання має строго певні довжини хвиль, характерні тільки для даного хімічного елемента, тому воно називається характеристичним.
Характеристичне випромінювання має лінійчатий спектр, що накладаються на суцільний спектр гальмівного випромінювання. При збільшенні порядкового номера елемента в таблиці Менделєєва рентгенівський спектр випромінювання його атомів зсувається в бік коротких довжин хвиль. Легкі елементи (наприклад, алюміній) взагалі не дають характеристичного рентгенівського випромінювання.
Рентгенівські промені прийнято розрізняти по їх жорсткості: чим коротше довжина хвилі рентгенівських променів, тим вони вважаються більш жорсткими. Найбільш жорсткі рентгенівські промені випускаються важкими атомами.
Важливою особливістю рентгенівських променів є їх висока проникаюча здатність по відношенню до багатьох речовин, непрозорим для видимого світла. Чим жорсткіше рентгенівські промені, тим слабкіше вони поглинаються і тим вище їх проникаюча здатність. Поглинання рентгенівських променів в речовині залежить ще від його атомного складу: сильно поглинають рентгенівські промені атоми важких елементів, до складу яких би хімічних речовин вони ні входили.
Як і будь-які електромагнітні хвилі, рентгенівські промені не відхиляються в електричному і магнітному полях. Показник заломлення рентгенівських променів дуже мало відрізняється від одиниці, і вони майже не відчувають заломлення при переході з одного середовища в іншу.
Це властивість рентгенівських променів в поєднанні з їх високу проникаючу здатність використовується в ряді практичних застосувань.
Якщо помістити між джерелом рентгенівських променів і екраном, що світиться під їх дією, якесь тіло, то на екрані з'явиться його темне зображення. Якщо всередині однорідного тіла є порожнина, то на екрані відповідне місце буде більш світлим. Це явище використовується для виявлення внутрішніх дефектів виробів (дефектоскопія). При просвічуванні неоднорідного по молекулярному складу тіла різні його частини будуть неоднаково поглинати рентгенівські промені, і на екрані ми побачимо обриси цих частин. Так, просвічуючи руку, ми ясно бачимо на світному екрані темне зображення кісток (рис. 34.18).
Часто виявляється зручніше замість того, щоб використовувати світиться екран, робити рентгенівські знімки. Для цього досліджуваний тіло поміщається між рентгенівською трубкою і закритою касетою з фотоплівкою, і через нього протягом короткого проміжку часу пропускаються рентгенівські промені. Після зйомки фотоплівка проявляється звичайним способом. Рентгенівські промені широко застосовуються в медицині: в діагностиці різних захворювань (туберкульоз і ін.), При визначенні характеру перелому кісток, для виявлення в тілі сторонніх предметів (наприклад, застрягла кулі) і т. Д. Рентгенівські промені шкідливо діють на розвиток клітин. Це використовується при лікуванні злоякісних пухлин. Однак з цієї ж причини тривалий або занадто інтенсивний вплив на організм рентгенівських променів, особливо жорстких, викликає важкі захворювання.
Довгий час після відкриття рентгенівських променів не вдавалося виявити прояви їх хвильових властивостей - спостерігати їх дифракцію і виміряти довжину хвилі. Всі спроби використовувати дифракційні решітки, призначені для вимірювання довжин світлових хвиль, не давали ніяких результатів. У 1912 р німецький фізик М. Лауе запропонував використовувати для отримання дифракції рентгенівських променів природні кристалічні решітки. Досліди показали, що вузький пучок рентгенівських променів, пройшовши через кристал, дає на екрані або фотоплівці складну дифракційну картину у вигляді групи плям (рис. 34.19; Р - рентгенівська трубка, Д - діафрагми, К - кристал, Е - екран).
Вивчення дифракційної картини, отриманої при використанні кристала кам'яної солі, дозволило визначити довжину хвилі рентгенівських променів, так як відстань між вузлами цієї кристалічної решітки було відомо. Виявилося, що довжина хвилі рентгенівських променів, використаних в цьому досвіді, становить кілька десятих часток нанометра. Подальші дослідження показали, що рентгенівські промені мають довжину хвилі від 10 до 0,01 нм. Таким чином, навіть м'які рентгенівські промені мають довжини хвиль в десятки і сотні разів коротші, ніж у видимого світла. Звідси ясно, чому не можна було використовувати дифракційні решітки: довжини хвиль рентгенівських променів занадто малі для них, і дифракція не виникає. Відстань же між вузлами решітки в природних кристалах можна порівняти з довжинами хвиль рентгенівських променів, т. Е. Кристали можуть служити для них «готовими» дифракційними гратами.
Досліди Лауе показали, що рентгенівські промені є електромагнітні хвилі. Дифракція рентгенівських променів використовується для визначення їх довжин хвиль (рентгенівський спектральний аналіз) і, навпаки, пропускаючи рентгенівські промені відомої довжини хвилі через досліджуваний кристал, по дифракційної картині можна встановити взаємне розташування атомів і відстань між ними в кристалічній решітці (рентгеноструктурний аналіз).
