X線管の原理を理解し，管電圧・管電流と発生するX線との関係を知る。また物質の種類により吸収の仕方が異なることを理解する。
管電圧・管電流を変化させて，種々の試科のX線写真を撮影し，撮影像と管電圧・管電流および物質の種類の関係を調べる。
3-1 Ｘ線の発生
X線発生管の略図を第1図に示す。第1図において，Aは陰極，Bは陽極で，ターゲットとも対陰極とも呼び，X線を発生する場所として焦点ともいう。陰極を加熱すると，多量の電子を出す。（このように，導体または半導体を高温に熱したとき出る電子を熱電子と言う。）この電子を両極間の高電圧によって加速し，陽極に衝突させると，電子は陽極物質の原子との相互作用により急速に滅速されたり，方向変化されたりする。この際失ったエネルギーの一部を電磁波として放射する。このような放射を制動放射と呼ぷ。
図1 Ｘ線管の構造図
このとき，個々の電子の持っていた運動エネルギーは熱エネルギーと光子（電磁波）のエネルギーとになるが，その割合はそれぞれの電子の衝突の仕方によって異なる。従って，陽極から放射される電磁渡には様々な振動数のものが含まれ，連続スペクトルとなる。この電磁渡を連続X線という。このX線（光子）のもつエネルギーhνは電子の運動エネルギーeVより大きくならないから，最大の振動数をνmaxとすると，
hνmax＝eV （1）
となる。従って，最短波長λminは，
λmin=1.24/Ｖ （2）
で与えられる。ただし，電圧VをkV，渡長λをnmであらわす。さて，多量の電子が陽極に衝突するとき，全体の電子の運動エネルギーの大部分は熱エネルギーになる。X線のエネルギーに転換する効率εは実験的には次の式で表される。
ε＝1.1×10−9×Z×V （3）
こでZは陽極の原子番号である。個々の電子の持つエネルギーは管電圧に比例し，電子の数は管電流iに比例するから，X線の強度Ｉは，
I=i×Ｖ×ε×const (4)
となる。ここに(3)式を代入すると
∴I=i×Ｖ2×Ｚ×const （４）
が得られる。管電圧とX線の相対強度の関係を第2図に示す。
図２．種々の管電圧におけるＸ線スペクトル
3-2 X線の吸収
X線を物質に照射すると吸収される。このとき渡長の短い（0.001〜0.1nm）X線（硬X線）は透過性が強く，逆に波長の長い（0.1〜10nm）もの（軟X線）は吸収されやすい。また物質が厚いほどX線の吸収は大きい。すなわち，入射強度I0のＸ線が吸収係数μ，厚さｘの物質を透過したときの強度Iは
I=I0e-μx
となる。吸収係数は物質の原子番号zの大きいものほど，また密度ρの大きいものほど大きく，つぎのような式で表わされる。
μ∝λ3z3ρ
ここでλはＸ線の波長である。したがって，同じ波長のＸ線を同じ厚さの物質に照射しても，その物質の原子番号や密度によって透過率が異なることになる。
3-3 X線の検出
X線は目に見えないので，発生したＸ線や透過したＸ線を直接観測することはできない。また人体に照射するのは有害でもある。そこでＸ線を検出するために，蛍光板や写真フィルムなどを用いる。例えばＸ線には可視光と同様に感光作用があるので，フィルムに照射して感光の度合いから，Ｘ線の強度を見積もることが出来る。
●ムーミン族の部屋（http://www.ceres.dti.ne.jp/‾moomin/）
人体や電卓などの身の回りのもののＸ線写真の紹介があります。
●千葉大学医学部附属診療放射線技師学校 のＸ線の解説（http://www.mts.chiba-u.ac.jp/doc/xraytube.html）
簡単なＸ線の解説があります。歴史や撮影法なども紹介されています。
実験開始前までに各自必ず予習レポートを記して下さい。