vignette|upright|Une des premières radiographies, prise par Wilhelm Röntgen. alt=Rayon X des poumons humains|vignette|189x189px|Rayon X sur poumons humains. vignette|upright|Divers systèmes utilisant les sont déjà utilisés pour la surveillance aux frontières et dans les aéroports, sur les objets et les véhicules. D'autres sont en test ou à l'étude concernant l'humain.
Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence (d'environ à , ce qui correspond à des longueurs d'onde allant de à ) constitué de photons dont l'énergie varie d'une centaine d'eV (électronvolt) à une centaine de KeV in: .
Ce rayonnement a été découvert en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen, qui a reçu pour cela le premier prix Nobel de physique ; il lui donna le nom habituel de l'inconnue en mathématiques, X. Il est naturel (cosmologie, astronomie) ou artificiel (radiologie) et résulte alors du bombardement d'électrons sur une cible généralement en tungstène. La principale propriété des est de traverser la matière en étant partiellement absorbés en fonction de la densité de celle-ci et de l'énergie du rayonnement, ce qui permet d'avoir une information sur l'intérieur des objets qu'ils traversent.
Les rayons X sont une des modalités principales de l'imagerie médicale. et du contrôle non destructif. Ils sont également utilisés en cristallographie. En astrophysique contemporaine, on mesure les de l'espace pour l'étudier.
Histoire A la fin du , Wilhelm Röntgen, comme de nombreux physiciens de l'époque, se passionne pour les rayons cathodiques qui ont été découverts par Hittorf en 1869 ; ces nouveaux rayons avaient été étudiés par CrookesLe tube de Crookes fut le premier tube à rayon X.. À cette époque, tous les physiciens savent reproduire l'expérience de Crookes mais personne n'a encore d'idée d'application de ces rayonnements.
En 1895, Wilhelm Conrad Röntgen reproduit l'expérience à de nombreuses reprises en modifiant ses paramètres expérimentaux (types de cibles, tensions différentes). Le , il parvient à rendre luminescent un écran de platinocyanure de baryum. Röntgen décide alors de faire l'expérience dans l'obscurité en plongeant son tube de Crookes dans un caisson opaque. Le résultat est identique à la situation normale. Röntgen place ensuite différents objets de différentes densités entre l'anode et l'écran fluorescent, et déduit de son expérience que le rayonnement traverse la matière d'autant plus facilement que celle-ci est peu dense et peu épaisse. Lorsqu'il place des objets métalliques entre le tube et une plaque photographique, il parvient à visualiser l'ombre de l'objet sur le négatif.
Röntgen en déduit que les rayons sont produits perpendiculairement à la direction d'émission des électrons du tube et que ce rayonnement est invisible et très pénétrant.
Leur origine étant alors encore inconnue, Röntgen les baptise « rayons X », nom qui leur est resté dans la plupart des langues (dans certaines langues, on leur donne un nom équivalent à « rayonnement de Röntgen » : en allemand, röntgenstraling en néerlandais). L'autre nom de la radiologie est encore aujourd'hui la röntgenologie.
Le premier cliché célèbre est celui de la main d'Anna Bertha Röntgen réalisé le . (pose de ) ; il s'agit de la première radiographie.
Le , Röntgen publie sa découverte dans un article intitulé « » (en français : « À propos d'une nouvelle sorte de rayons ») dans le bulletin de la Société physico-chimique de Wurtzbourg. C'est cette découverte qui lui vaudra le premier prix Nobel de physique en 1901.
Il tire quatre conclusions dans son article : les rayons X sont absorbés par la matière ; leur absorption est fonction de la masse atomique des atomes absorbants ; les rayons X sont diffusés par la matière ; c'est le rayonnement de fluorescence ; les rayons X impressionnent la plaque photographique ; les rayons X déchargent les corps chargés électriquement.
La recherche de Röntgen est rapidement développée en dentisterie, puisque deux semaines plus tard, le réalise à Brunswick la première radiographie dentaire. Il a fallu vingt-cinq minutes d'expositionWalkhoff, qui réalise cette radiographie sur lui-même, écrit que ces ont été pour lui une torture, sans préciser en quel sens (, cité par ).. Il a utilisé une plaque photographique en verre, recouverte de papier noir et d'une digue en caoutchouc. Six mois après paraît le premier livre consacré à ce qui va devenir la radiologie dont les applications se multiplient, dans le cadre de la physique médicale, pour le diagnostic des maladies puis leur traitement (radiothérapie qui donne une expansion extraordinaire à ce qui était jusque-là l'électrothérapie). Avant la fin de l'année 1896, Otto Walkhoff et Fritz Giesel ouvrent le premier laboratoire de radiologie dentaire.
Les temps d'exposition sont alors longs et les effets secondaires notablesWalkhoff remarque, en 1896, chez certains de ses patients irradiés pendant trente minutes, une perte de cheveux du côté de la tête exposé aux radiations. Comme aucune cloque n'est mentionnée par Walkhoff, la dose reçue est probablement inférieure à .. Les cas de brûlures sont nombreux. Certains praticiens, ne voyant pas le lien entre l'exposition aux et les brûlures, concluent qu'elles sont dues aux rayons ultraviolets. Certains hésitent toutefois à réaliser des clichés radiologiques sans nécessité. De plus, tous les praticiens ne relèvent pas les mêmes effets : le , en 1897, indique que sur exposés aux , il n'a noté aucun effet secondaire indésirable.. Toutefois, il ne faudra pas longtemps pour qu'un lien causal soit établi entre l'exposition prolongée aux et les brûlures : en 1902, le , recensant les préjudices causés par les , note qu'ils ont pratiquement disparuDe 55 en 1896, ils passent à 12 en 1897, 6 en 1898, 9 en 1899, 3 en 1900, 1 en 1901. Ce déclin peut cependant être dû au fait que les incidents causés par l'exposition aux intéressent de moins en moins les journaux..
Röntgen laissa son nom à la première unité de mesure utilisée en radiologie pour évaluer une exposition aux rayonnements. Le symbole des röntgens est R.
La découverte de Röntgen fit rapidement le tour de la Terre. Elle suscita des expériences y compris en dehors des cercles scientifiques. et marqua l'imaginaire de la culture populaire.. Des chercheurs tels que Thomas A. Edison, Nikola Tesla, A. A. Campbell-Swinton firent immédiatement des expériences avec les rayons Röntgen. En , un inventeur américain, le , proposa un telephot aux rayons X, censé permettre de transmettre les images par fil télégraphique..
En 1897, Antoine Béclère, pédiatre et clinicien réputé, créa, à ses frais, le premier laboratoire hospitalier de radiologie..
Tout le monde voulait faire photographier son squelette. Mais pendant longtemps, les doses étaient trop fortes. Par exemple, Henri Simon, photographe amateur, a laissé sa vie au service de la radiologie. Chargé de prendre les radiographies, les symptômes dus aux radiations ionisantes apparurent après seulement deux ans de pratique. On lui amputa d'abord la main (qui était constamment en contact avec l'écran fluorescent), mais ensuite, un cancer généralisé se déclara.
Au début de la radiologie, les rayons X étaient utilisés à des fins multiples : dans les fêtes foraines où on exploitait le phénomène de fluorescence, dans les magasins où l'on étudiait l'adaptation d'une chaussure au pied des clients grâce au rayonnement, et pour la radiographie médicale. Encore là, on fit quelques erreurs, par exemple en radiographiant les femmes enceintes.
Le premier « Congrès international de radiologie », qui réunit des scientifiques de la Grande-Bretagne, des États-Unis, de la France, de l’Allemagne, de l’Italie et de la Suède, émet en 1925 des recommandations portant sur les « rayonnements ionisants ».La Nature, Revue des sciences et de leurs applications aux arts et à l’industrie....
Un monument a été inauguré en 1936 au voisinage du pavillon Roentgen de l’hôpital St-Georg, à Hambourg, à l’initiative du professeur allemand Hans Meyer, .
Avec les années, en médecine pour la fluoroscopie ou radioscopie, on diminua la durée des examens et les quantités administrées. En 1948 notamment, par la découverte de la « crête de Tavernier » par le physicien belge Guy Tavernier qui correspond à un accroissement de la dose d'irradiation dans les tissus avant leur décroissance avec la profondeur, on réduisit la dose d'exposition de au niveau international dès 1950. Cette valeur sera encore divisée par trois dès 1958 pour tenir compte des risques potentiels d'effets génétiques.
Cent ans après leur découverte, on se sert encore des rayons X en radiographie moderne. On les utilise aussi dans les scanners, pour effectuer des coupes du corps humain, et dans les densitomètres pour détecter ou suivre l'ostéoporose. Plusieurs autres techniques sont actuellement utilisées en imagerie médicale : l'échographie (qui utilise les ultrasons), l'imagerie par résonance magnétique nucléaire, la scintigraphie ou encore la tomographie par émission de positons.
Mais l'utilisation des rayons X ne se limite pas au seul domaine de la médecine : les services de sécurité les utilisent pour examiner le contenu des valises ou des conteneurs aériens et maritimes sur écran. Les policiers les exploitent afin d'analyser les fibres textiles et les peintures se trouvant sur le lieu d'un sinistre. L'industrie agroalimentaire les utilise pour détecter les corps étrangers dans les produits finis. En cristallographie, on peut identifier divers cristaux à l'aide de la diffraction des . Enfin, depuis peu, il est possible d'étudier des fossiles piégés à l'intérieur d'un matériau (type ambre) et d'en voir des coupes virtuellesExemple (voir image ), sur popsci.com..
Production vignette|Production de rayons X par un tube à rayons X (ici à anode fixe). vignette|Spectre produit avec un tube à rayons X. Le fond continu correspond à la et les raies proviennent des transitions électroniques de l'anode.
Les rayons X sont un rayonnement électromagnétique comme les ondes radio, la lumière visible, ou les infrarouges. Cependant, ils peuvent être produits de deux manières très spécifiques : Par des changements d'orbite d'électrons provenant des couches électroniques ; les rayons X sont produits par des transitions électroniques faisant intervenir les couches internes, proches du noyau ; l'excitation donnant la transition peut être provoquée par des rayons X ou bien par un bombardement d'électrons, c'est notamment le principe de la spectrométrie de fluorescence des rayons X, la microsonde de Castaing et la lithographie extrême ultraviolet; Par accélération d'électrons (accélération au sens large : freinage, changement de trajectoire) ; on utilise deux systèmes : le freinage des électrons sur une cible dans un tube à rayons X : les électrons sont extraits par chauffage d'un filament métallique, la cathode, et accélérés par un champ électrique dans un tube sous vide. Ce faisceau est focalisé de manière à bombarder une cible métallique en tungstène ou en molybdène, appelée anode ou anti-cathode. Le ralentissement des électrons par les atomes de la cible provoque un rayonnement continu de freinage, dit « » (nom commun féminin)Terme allemand adopté internationalement. ; la courbure de la trajectoire dans des accélérateurs de particules : c'est le rayonnement dit « synchrotron », qui est un cas particulier de .
Lors de la production de rayons X avec un tube à rayons X, le spectre est composé d'un rayonnement continu () auquel se superposent des raies spécifiques à l'anode utilisée et qui sont dues au phénomène de fluorescence.