radiographie

Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique de haute énergie dont la longueur d'onde est plus courte que celle des rayons ultraviolets et plus longue que celle des rayons gamma . En gros, les rayons X ont une longueur d'onde comprise entre 10 nanomètres et 10 picomètres , ce qui correspond à des fréquences comprises entre 30 pétahertz et 30 exahertz (3 × 10 ¹⁶ Hz à3 × 10 ¹⁹ Hz ) et des énergies photoniques dans la gamme de 100 eV à 100 keV , respectivement.

Les rayons X ont été découverts en 1895 par le scientifique allemand Wilhelm Conrad Röntgen , qui les a nommés rayonnement X pour désigner un type de rayonnement inconnu.

Les rayons X peuvent pénétrer de nombreuses substances solides, comme les matériaux de construction et les tissus vivants C'est pourquoi la radiographie est largement utilisée en diagnostic médical (par exemple, pour détecter les fractures ) et en science des matériaux (par exemple, pour identifier certains éléments chimiques et repérer les points faibles des matériaux de construction) . Cependant, les rayons X sont des rayonnements ionisants et l'exposition à ces rayonnements peut être dangereuse pour la santé, provoquant des lésions de l'ADN , des cancers et, à des intensités plus élevées, des brûlures et des maladies liées aux radiations . Leur production et leur utilisation sont strictement contrôlées par les autorités de santé publique.

Les rayons X ont été initialement observés en science comme un type de rayonnement non identifié émanant de tubes à décharge. Les chercheurs étudiaient les rayons cathodiques produits par ces tubes, des faisceaux d'électrons énergétiques observés pour la première fois en 1869. Les premiers chercheurs ont constaté des effets attribuables à ces rayons dans de nombreux tubes de Crookes (inventés vers 1875). Ces tubes produisaient des électrons libres par ionisation de l'air résiduel à l'aide d'une tension continue élevée , comprise entre quelques kilovolts et 100 kV. Cette tension accélérait les électrons provenant de la cathode à une vitesse suffisamment élevée pour qu'ils créent des rayons X lorsqu'ils percutaient l' anode ou la paroi de verre du tube.

Le premier expérimentateur à avoir (involontairement) produit des rayons X est William Morgan . En 1785, il présenta à la Royal Society de Londres un article décrivant les effets du passage d' un courant électrique dans un tube de verre partiellement vidé, produisant une lueur due aux rayons X. Ces travaux furent approfondis par Humphry Davy et son assistant Michael Faraday .

À partir de 1888, Philipp Lenard mena des expériences pour déterminer si les rayons cathodiques pouvaient traverser le tube de Crookes et se propager dans l'air. Il construisit un tube de Crookes muni d'une « fenêtre » à son extrémité, constituée d'une fine plaque d'aluminium et orientée vers la cathode afin que les rayons cathodiques la frappent (ce tube fut plus tard appelé « tube de Lenard »). Il constata qu'un phénomène se produisait à travers cette fenêtre, exposant les plaques photographiques et provoquant une fluorescence. Il mesura le pouvoir de pénétration de ces rayons à travers différents matériaux. Il a été suggéré qu'au moins une partie de ces « rayons de Lenard » étaient en réalité des rayons X.

Hermann von Helmholtz a formulé des équations mathématiques pour les rayons X. Il a postulé une théorie de la dispersion avant même la découverte et l'annonce de Röntgen. Cette théorie s'appuyait sur la théorie électromagnétique de la lumière . Cependant, il n'a pas travaillé directement avec les rayons X.

Au début de 1890, le photographe William Jennings et Arthur W. Goodspeed, professeur associé à l' Université de Pennsylvanie, réalisaient des photographies de pièces de monnaie à l'aide d'étincelles électriques. Le 22 février, après la fin de leurs expériences, deux pièces furent déposées sur une pile de plaques photographiques avant que Goodspeed ne démontre à Jennings le fonctionnement des tubes de Crookes . Lors du développement des plaques, Jennings remarqua des disques d'origine inconnue sur certaines d'entre elles, mais personne ne put les expliquer et ils poursuivirent leurs recherches. Ce n'est qu'en 1896 qu'ils réalisèrent avoir accidentellement produit une radiographie (sans toutefois revendiquer de découverte).

Toujours en 1890, l'assistant de Röntgen, Ludwig Zehnder, remarqua un éclair de lumière provenant d'un écran fluorescent juste avant que le tube recouvert qu'il était en train d'allumer ne soit percé.

Lorsque Fernando Sanford, professeur de physique à l'université Stanford , mena ses expériences de « photographie électrique » entre 1891 et 1893 en photographiant des pièces de monnaie à la lumière d'étincelles électriques , il est possible qu'à l'instar de Jennings et Goodspeed, il ait généré et détecté des rayons X sans le savoir. Sa lettre du 6 janvier 1893 à la revue Physical Review fut publiée et un article intitulé « Sans lentille ni lumière, photographies prises avec une plaque et un objet dans l'obscurité » parut dans le San Francisco Examiner .

En 1894, Nikola Tesla remarqua dans son laboratoire des films endommagés qui semblaient être associés à des expériences sur les tubes de Crookes et commença à étudier cette énergie invisible et rayonnante . Après que Röntgen eut identifié les rayons X, Tesla commença à réaliser ses propres images radiographiques en utilisant des hautes tensions et des tubes de sa propre conception, ainsi que des tubes de Crookes.

Le 8 novembre 1895, le physicien allemand Wilhelm Röntgen découvrit les rayons X lors d'expériences avec des tubes de Lenard et de Crookes et entreprit de les étudier. Il rédigea un premier rapport intitulé « Sur un nouveau type de rayon : communication préliminaire » et le soumit, le 28 décembre 1895, à la revue de la Société de physique et de médecine de Wurtzbourg . Il s'agissait du premier article consacré aux rayons X. Röntgen désigna ce rayonnement par la lettre « X », pour indiquer qu'il s'agissait d'un type de rayonnement inconnu. Certains textes anciens les appellent rayons Chi, interprétant « X » comme la lettre grecque majuscule Chi ( Χ) .

Les récits de sa découverte sont contradictoires, car les notes de laboratoire de Röntgen ont été brûlées après sa mort. Voici une reconstitution plausible proposée par ses biographes : Röntgen étudiait les rayons cathodiques d’un tube de Crookes qu’il avait enveloppé de carton noir afin d’éviter toute interférence de la lumière visible émise par le tube. Il utilisait un écran fluorescent recouvert de platinocyanure de baryum . Il remarqua une faible lueur verte provenant de l’écran, à environ un mètre de distance. Röntgen comprit que des rayons invisibles émis par le tube traversaient le carton et provoquaient la luminescence de l’écran. Il constata qu’ils pouvaient également traverser les livres et les papiers posés sur son bureau. Röntgen se consacra alors à l’étude systématique de ces rayons inconnus. Deux mois après sa découverte initiale, il publia son article.

Röntgen découvrit leur utilité médicale lorsqu'il photographia la main de sa femme sur une plaque photographique formée par rayons X. Cette photographie fut la première d'une partie du corps humain réalisée par rayons X. En la voyant, elle déclara : « J'ai vu ma mort. »

La découverte des rayons X a suscité un vif intérêt. Otto Glasser , biographe de Röntgen , estimait qu'en 1896 seulement, pas moins de 49 essais et 1 044 articles sur ces nouveaux rayons avaient été publiés. Il s'agissait probablement d'une estimation prudente, si l'on considère que la quasi-totalité des journaux du monde entier ont largement couvert cette découverte, la revue Science y consacrant même 23 articles cette année-là. Parmi les réactions sensationnalistes à cette découverte figuraient des publications établissant un lien entre ces nouveaux rayons et des théories occultes et paranormales, telles que la télépathie.

Le nom « rayons X » est resté, bien que (malgré les vives objections de Röntgen) nombre de ses collègues aient suggéré de les appeler « rayons de Röntgen » . On les désigne encore ainsi dans de nombreuses langues, dont l'allemand, le hongrois, l'ukrainien, le danois, le polonais, le tchèque, le bulgare, le suédois, le finnois, le portugais, l'estonien, le slovaque, le slovène, le turc, le russe, le letton, le lituanien, l'albanais, le japonais, le néerlandais, le géorgien, l'hébreu, l'islandais et le norvégien.

Röntgen a reçu le premier prix Nobel de physique pour sa découverte.

Röntgen comprit immédiatement que les rayons X pouvaient avoir des applications médicales. Parallèlement à sa communication à la Physical-Medical Society le 28 décembre, il envoya une lettre à des médecins qu'il connaissait à travers l'Europe (1er janvier 1896). La nouvelle (et la création des « shadowgrammes ») se répandit rapidement ; l'ingénieur électricien écossais Alan Archibald Campbell-Swinton fut le premier, après Röntgen, à réaliser une radiographie (d'une main). Fin février, 46 expérimentateurs s'essayaient à cette technique rien qu'en Amérique du Nord.

La première utilisation des rayons X en milieu clinique a été réalisée par John Hall-Edwards à Birmingham, en Angleterre, le 11 janvier 1896, lorsqu'il a radiographié une aiguille plantée dans la main d'un collègue. Le 14 février 1896, Hall-Edwards fut également le premier à utiliser les rayons X lors d'une intervention chirurgicale.

Début 1896, quelques semaines après la découverte de Röntgen, Ivan Romanovitch Tarkhanov irradia des grenouilles et des insectes aux rayons X, concluant que ces rayons « non seulement photographient, mais affectent aussi les fonctions vitales » . À peu près à la même époque, l'illustrateur zoologique James Green commença à utiliser les rayons X pour examiner des spécimens fragiles. George Albert Boulenger mentionna ces travaux pour la première fois dans une communication présentée à la Société zoologique de Londres en mai 1896. L'ouvrage *Sciagraphs of British Batrachians and Reptiles* (une radiographie étant un terme désuet pour désigner une photographie aux rayons X), de Green et James H. Gardiner, préfacé par Boulenger, fut publié en 1897

La première radiographie médicale réalisée aux États-Unis fut obtenue grâce à un tube à décharge conçu par Ivan Puluj . En janvier 1896, après avoir pris connaissance de la découverte de Röntgen, Frank Austin, du Dartmouth College, testa tous les tubes à décharge du laboratoire de physique et constata que seul le tube de Puluj produisait des rayons X. Ceci était dû à l'inclusion, par Puluj, d'une « cible » oblique en mica , utilisée pour contenir des échantillons de substances fluorescentes , à l'intérieur du tube. Le 3 février 1896, Gilman Frost, professeur de médecine au Dartmouth College, et son frère Edwin Frost, professeur de physique, expirèrent les rayons X sur le poignet d'Eddie McCarthy, que Gilman avait soigné quelques semaines auparavant pour une fracture, et enregistrèrent l'image de l'os fracturé sur des plaques photographiques gélatineuses fournies par Howard Langill, un photographe local également intéressé par les travaux de Röntgen.

De nombreux expérimentateurs, dont Röntgen lui-même lors de ses premières expériences, ont mis au point des méthodes permettant de visualiser des images radiographiques en temps réel grâce à un écran luminescent. Röntgen utilisait un écran recouvert de platinocyanure de baryum . Le 5 février 1896, les scientifiques italiens Enrico Salvioni (son « cryptoscope ») et William Francis Magie, de l’université de Princeton (son « Skiascope »), ont développé des appareils d’imagerie en temps réel, tous deux utilisant du platinocyanure de baryum. Peu après la découverte de Röntgen, l’inventeur américain Thomas Edison a entrepris des recherches sur la fluorescence des matériaux exposés aux rayons X, et a constaté que le tungstate de calcium était la substance la plus efficace. En mai 1896, il a mis au point le premier appareil d’imagerie en temps réel produit en série, son « Vitascope », plus tard appelé fluoroscope , qui est devenu la norme pour les examens radiologiques médicaux. Edison abandonna ses recherches sur les rayons X vers 1903, avant le décès de Clarence Madison Dally , l'un de ses souffleurs de verre. Dally avait l'habitude de tester les tubes à rayons X sur ses propres mains, ce qui lui causa un cancer si agressif que ses deux bras furent amputés dans une tentative vaine de le sauver ; en 1904, il devint la première victime connue d'une exposition aux rayons X. Au moment où le fluoroscope était mis au point, le physicien serbo-américain Mihajlo Pupin , utilisant un écran en tungstate de calcium développé par Edison, découvrit que l'utilisation d'un écran fluorescent réduisait le temps d'exposition nécessaire à la production d'une radiographie pour l'imagerie médicale d'une heure à quelques minutes.

En 1901, le président américain William McKinley fut la cible d'une tentative d'assassinat alors qu'il assistait à l' Exposition panaméricaine de Buffalo, dans l'État de New York . L'une des balles lui effleura le sternum , tandis que l'autre, logée profondément dans son abdomen , demeura introuvable. Inquiet, un conseiller de McKinley demanda à l'inventeur Thomas Edison d'envoyer en urgence un appareil à rayons X à Buffalo afin de localiser la balle perdue. L'appareil arriva, mais ne fut pas utilisé. Bien que la blessure par balle n'ait pas été mortelle, une gangrène s'était développée le long de la trajectoire du projectile, et McKinley mourut d' un choc septique dû à une infection bactérienne six jours plus tard.

Suite à la découverte des rayons X en 1895 par des scientifiques, des médecins et des inventeurs, de nombreuses expérimentations à grande échelle ont été menées, et les revues techniques de l'époque ont rapporté de nombreux cas de brûlures, de chute de cheveux, voire pire. En février 1896, le professeur John Daniel et William Lofland Dudley, de l'université Vanderbilt, ont signalé une chute de cheveux après que Dudley eut subi une radiographie. La même année, un enfant, blessé par balle à la tête, fut amené au laboratoire de Vanderbilt. Avant de tenter de localiser la balle, une expérience fut entreprise, à laquelle Dudley, « fidèle à son dévouement à la science » se porta volontaire. Daniel a rapporté que 21 jours après avoir pris une photo du crâne de Dudley (avec un temps d'exposition d'une heure), il a remarqué une zone chauve de 5 centimètres (2 pouces) de diamètre sur la partie de sa tête la plus proche du tube à rayons X : « Un porte-plaque avec les plaques orientées vers le côté du crâne a été fixé et une pièce de monnaie a été placée entre le crâne et la tête. Le tube a été fixé de l'autre côté à une distance d'un demi-pouce [1,3 cm] des cheveux. »

En août 1896, H.D. Hawks, diplômé du Columbia College, fut victime de graves brûlures à la main et à la poitrine lors d'une démonstration aux rayons X. Cet incident, relaté dans la revue Electrical Review , entraîna l'envoi de nombreux autres signalements de problèmes liés aux rayons X à cette même publication. Plusieurs expérimentateurs, dont Elihu Thomson au laboratoire d'Edison, William J. Morton et Nikola Tesla, rapportèrent également des brûlures. Elihu Thomson s'exposa délibérément un doigt à un tube à rayons X pendant un certain temps, ce qui lui causa douleurs, gonflements et cloques. D'autres facteurs furent parfois incriminés, notamment les rayons ultraviolets et (selon Tesla) l'ozone. De nombreux médecins affirmèrent que l'exposition aux rayons X était sans danger. Le 3 août 1905, à San Francisco, en Californie, Elizabeth Fleischman , pionnière américaine des rayons X, décéda des suites de complications liées à ses travaux sur ce sujet.

En 1904, Hall-Edwards développa un cancer (alors appelé radiodermite) suffisamment avancé pour le contraindre à rédiger des articles et à prononcer des discours publics sur les dangers des rayons X. Son bras gauche dut être amputé au coude en 1908 , et quatre doigts de son bras droit peu après, ne lui laissant que le pouce. Sa main gauche amputée fut déposée à l'Université de Birmingham comme spécimen . Il mourut d'un cancer en 1926.

Les nombreuses applications des rayons X ont immédiatement suscité un énorme intérêt. Des ateliers ont commencé à fabriquer des versions spécialisées de tubes Crookes pour générer des rayons X et ces tubes à rayons X à cathode froide ou Crookes de première génération ont été utilisés jusqu'aux alentours de 1920.

Un système de radiographie médicale typique du début du XXe siècle se composait d'une bobine de Ruhmkorff reliée à un tube à rayons X Crookes à cathode froide . Un éclateur était généralement connecté au circuit haute tension, en parallèle avec le tube, et utilisé à des fins diagnostiques. Cet éclateur permettait de détecter la polarité des étincelles, de mesurer la tension par leur longueur et ainsi de déterminer la « dureté » du vide dans le tube. Il servait également de charge en cas de déconnexion du tube à rayons X. Pour déterminer la dureté du vide, l'éclateur était initialement ouvert au maximum. Pendant le fonctionnement de la bobine, l'opérateur réduisait l'écartement jusqu'à l'apparition d'étincelles. Un tube dans lequel l'éclateur produisait des étincelles à environ 6,4 cm était considéré comme ayant un vide faible et adapté aux parties fines du corps telles que les mains et les bras. Une étincelle de 13 cm indiquait que le tube convenait aux épaules et aux genoux. Une étincelle de 18 à 23 centimètres (7 à 9 pouces) indiquerait un vide plus poussé, adapté à l'imagerie de l'abdomen de sujets de grande taille. L'éclateur étant connecté en parallèle au tube, il devait être maintenu ouvert jusqu'à l'arrêt des étincelles pour permettre l'acquisition d'images. Le temps d'exposition des plaques photographiques était d'environ une demi-minute pour une main et de quelques minutes pour un thorax. L'ajout d'une petite quantité de sel fluorescent aux plaques permettait de réduire les temps d'exposition.

Les tubes de Crookes étaient peu fiables. Ils devaient contenir une petite quantité de gaz (invariablement de l'air) car aucun courant ne pouvait circuler dans un tube totalement vide. Cependant, avec le temps, les rayons X provoquaient l'absorption du gaz par le verre, ce qui entraînait la production de rayons X plus durs, jusqu'à ce que le tube cesse de fonctionner. Les tubes plus grands et plus fréquemment utilisés étaient équipés de dispositifs de réintroduction de l'air, appelés « adoucisseurs ». Il s'agissait souvent d'un petit tube latéral contenant un fragment de mica , un minéral qui emprisonne une quantité d'air relativement importante dans sa structure. Un petit élément chauffant électrique chauffait le mica, libérant ainsi une petite quantité d'air et restaurant l'efficacité du tube. Toutefois, la durée de vie du mica était limitée et le processus de réintroduction était difficile à maîtriser.

En 1904 , John Ambrose Fleming inventa la diode thermoïonique , le premier type de tube à vide . Celle-ci utilisait une cathode chaude qui provoquait la circulation d'un courant électrique dans le vide . Cette idée fut rapidement appliquée aux tubes à rayons X, et ainsi les tubes à rayons X à cathode chauffée, appelés « tubes Coolidge », remplacèrent complètement les tubes à cathode froide problématiques vers 1920.

Vers 1906, le physicien Charles Barkla découvrit que les rayons X pouvaient être diffusés par les gaz et que chaque élément possédait un spectre de rayons X caractéristique . Il remporta le prix Nobel de physique en 1917 pour cette découverte.

En 1912 , Max von Laue , Paul Knipping et Walter Friedrich observèrent pour la première fois la diffraction des rayons X par les cristaux. Cette découverte, ainsi que les premiers travaux de Paul Peter Ewald , William Henry Bragg et William Lawrence Bragg , donnèrent naissance au domaine de la cristallographie rayons X. [

En 1913 , Henry Moseley a réalisé des expériences de cristallographie avec des rayons X émanant de divers métaux et a formulé la loi de Moseley qui relie la fréquence des rayons X au numéro atomique du métal.

Le tube à rayons X Coolidge a été inventé la même année par William D. Coolidge . Il a permis l'émission continue de rayons X. Les tubes à rayons X modernes sont basés sur ce principe, utilisant souvent des cibles rotatives qui permettent une dissipation thermique nettement supérieure à celle des cibles statiques, ce qui autorise une production de rayons X plus importante pour des applications de haute puissance telles que les scanners CT rotatifs.

L’utilisation des rayons X à des fins médicales (qui a donné naissance à la radiothérapie ) a été initiée par le major John Hall-Edwards à Birmingham , en Angleterre. En 1908, il a dû subir l’amputation de son bras gauche en raison de la propagation d’ une radiodermite .

La science médicale a également utilisé le cinéma pour étudier la physiologie humaine. En 1913, un film fut réalisé à Détroit montrant un œuf dur dans un estomac humain. Ce premier film radiographique fut enregistré à raison d'une image fixe toutes les quatre secondes. Le Dr Lewis Gregory Cole, de New York, fut un pionnier de cette technique, qu'il nomma « radiographie sérielle ». En 1918, les rayons X furent utilisés conjointement avec des caméras cinématographiques pour capturer le squelette humain en mouvement. En 1920, cette technique fut employée pour enregistrer les mouvements de la langue et des dents dans le cadre de l'étude des langues par l'Institut de phonétique en Angleterre.

En 1914 , Marie Curie a mis au point des voitures radiologiques pour soutenir les soldats blessés pendant la Première Guerre mondiale . Ces voitures permettaient une imagerie radiologique rapide des soldats blessés afin que les chirurgiens sur le champ de bataille puissent opérer plus rapidement et avec plus de précision.

Du début des années 1920 aux années 1950, des appareils à rayons X ont été mis au point pour faciliter l'essayage des chaussures et vendus aux magasins de chaussures . Des inquiétudes quant à l'impact d'une utilisation fréquente ou mal contrôlée ont été exprimées dans les années 1950 , entraînant le déclin progressif de cette pratique. Canberra a proposé une interdiction en 1957 , tandis que la Suisse a interdit ces appareils en 1989

Le microscope à rayons X a été développé à la fin des années 1940 et au début des années 1950.

L' observatoire spatial Chandra , lancé le 23 juillet 1999 , permet d'explorer les processus extrêmement violents qui produisent les rayons X dans l' univers . Contrairement à la lumière visible , qui offre une vision relativement stable de l'univers, l'univers des rayons X est instable. Il révèle des étoiles déchirées par des trous noirs , des collisions galactiques , des novae et des étoiles à neutrons qui accumulent des couches de plasma avant d'exploser dans l'espace .

Un dispositif laser à rayons X fut proposé dans le cadre de l' Initiative de défense stratégique de l' administration Reagan dans les années 1980, mais le seul essai réalisé (une sorte de « blaster » laser ou rayon de la mort , alimenté par une explosion thermonucléaire) donna des résultats non concluants. Pour des raisons techniques et politiques, le projet dans son ensemble (y compris le laser à rayons X) fut abandonné (avant d'être relancé par la suite par la seconde administration Bush sous le nom de Défense antimissile nationale, utilisant des technologies différentes).

L'imagerie par contraste de phase aux rayons X désigne un ensemble de techniques exploitant l'information de phase d'un faisceau de rayons X pour former l'image. Grâce à sa grande sensibilité aux différences de densité, elle est particulièrement utile pour l'imagerie des tissus mous. Elle est devenue une méthode importante pour la visualisation des structures cellulaires et histologiques dans de nombreuses études biologiques et médicales. Plusieurs technologies sont utilisées pour l'imagerie par contraste de phase aux rayons X, chacune reposant sur des principes différents pour convertir les variations de phase des rayons X émis par un objet en variations d'intensité. Parmi celles-ci, on trouve le contraste de phase par propagation, l'interférométrie de Talbot , l'imagerie à réfraction améliorée, et l'interférométrie à rayons X. Ces méthodes offrent un contraste supérieur à celui de l'imagerie par absorption classique aux rayons X, permettant ainsi de distinguer des détails de densité quasi identique. L'inconvénient est que ces méthodes nécessitent un équipement plus sophistiqué, comme des sources de rayons X synchrotron ou microfocalisées , des systèmes optiques à rayons X et des détecteurs de rayons X à haute résolution.

Les rayons X de haute énergie photonique, supérieure à 5–10 keV (longueur d'onde inférieure à 0,2–0,1 nm), sont appelés rayons X durs , tandis que ceux de plus faible énergie (et de plus grande longueur d'onde) sont appelés rayons X mous . La ​​gamme intermédiaire, avec des énergies photoniques de plusieurs keV, est souvent désignée sous le terme de rayons X tendres . Du fait de leur pouvoir de pénétration, les rayons X durs sont largement utilisés pour l'imagerie de l'intérieur des objets (par exemple en radiographie médicale et pour la sécurité aéroportuaire ). Le terme « rayon X » est employé par métonymie pour désigner à la fois l' image radiographique produite par cette méthode et la méthode elle-même. Les longueurs d'onde des rayons X durs étant proches de la taille des atomes, ils sont également utiles pour la détermination des structures cristallines par cristallographie aux rayons X. En revanche, les rayons X mous sont facilement absorbés par l'air ; la longueur d'atténuation des rayons X de 600 eV (~2 nm) dans l'eau est inférieure à 1 micromètre.

Il n'existe pas de consensus sur la définition permettant de distinguer les rayons X des rayons gamma . Une pratique courante consiste à différencier ces deux types de rayonnement selon leur source : les rayons X sont émis par la désexcitation d'électrons , tandis que les rayons gamma sont émis par la désintégration de noyaux atomiques . Cette définition présente certaines limites. Par exemple, en raison du chevauchement des gammes d'énergie des rayons gamma et X, si l'origine d'un photon est inconnue, sa classification peut s'avérer difficile. Une autre pratique consiste à distinguer les rayonnements X et gamma en fonction de la longueur d'onde (ou, de manière équivalente, de la fréquence ou de l'énergie du photon), les rayonnements de longueur d'onde inférieure à une certaine longueur d'onde arbitraire, par exemple 10⁻¹¹ ^m (0,1 Å ), étant définis comme des rayonnements gamma. Ce critère permet d'attribuer un photon à une catégorie sans ambiguïté, mais n'est possible que si sa longueur d'onde est connue. (Certaines techniques de mesure ne font pas de distinction entre les longueurs d'onde détectées.) Cependant, ces deux définitions coïncident souvent, car le rayonnement électromagnétique émis par les tubes à rayons X possède généralement une longueur d'onde plus grande et une énergie photonique plus faible que le rayonnement émis par les noyaux radioactifs . Il arrive que l'un ou l'autre terme soit utilisé dans des contextes spécifiques, en raison d'un précédent historique, de la technique de mesure (détection) employée ou de l'usage prévu, plutôt que de la longueur d'onde ou de la source. Ainsi, les rayons gamma générés à des fins médicales et industrielles, par exemple en radiothérapie , dans la gamme de 6 à 20 MeV , peuvent également être désignés comme rayons X dans ce contexte.

Les photons X possèdent une énergie suffisante pour ioniser les atomes et rompre les liaisons moléculaires . Il s'agit donc d'un type de rayonnement ionisant , nocif pour les tissus vivants . Une dose de rayonnement très élevée sur une courte période provoque des brûlures et le mal des rayons , tandis que des doses plus faibles peuvent accroître le risque de cancer radio-induit . En imagerie médicale, ce risque accru de cancer est généralement largement compensé par les bénéfices de l'examen . Le pouvoir ionisant des rayons X peut être utilisé dans le traitement du cancer pour détruire les cellules malignes par radiothérapie . Il est également utilisé pour la caractérisation des matériaux par spectroscopie des rayons X.

Les rayons X durs peuvent traverser des objets relativement épais sans être fortement absorbés ni diffusés . C’est pourquoi ils sont largement utilisés pour imager l’intérieur d’objets opaques. Les applications les plus fréquentes concernent la radiographie médicale et les scanners de sécurité aéroportuaires , mais des techniques similaires sont également importantes dans l’industrie (par exemple, la radiographie industrielle et la tomographie industrielle ) et la recherche (par exemple, la tomographie des petits animaux ). La profondeur de pénétration varie sur plusieurs ordres de grandeur dans le spectre des rayons X. Cela permet d’ajuster l’énergie des photons à l’application afin d’obtenir une transmission suffisante à travers l’objet tout en assurant un bon contraste de l’image.

Les rayons X ont des longueurs d'onde beaucoup plus courtes que la lumière visible, ce qui permet d'observer des structures beaucoup plus petites que celles visibles au microscope optique . Cette propriété est exploitée en microscopie à rayons X pour acquérir des images à haute résolution, et également en cristallographie aux rayons X pour déterminer la position des atomes dans les cristaux .

X-rays interact with matter in three main ways, through photoabsorption, Compton scattering, and Rayleigh scattering. The strength of these interactions depends on the energy of the X-rays and the elemental composition of the material, but not much on chemical properties, since the X-ray photon energy is much higher than chemical binding energies. Photoabsorption or photoelectric absorption is the dominant interaction mechanism in the soft X-ray regime and for the lower hard X-ray energies. At higher energies, Compton scattering dominates.

The probability of a photoelectric absorption per unit mass is approximately proportional to

A photoabsorbed photon transfers all its energy to the electron with which it interacts, thus ionizing the atom to which the electron was bound and producing a photoelectron that is likely to ionize more atoms in its path. An outer electron will fill the vacant electron position and produce either a characteristic X-ray or an Auger electron. These effects can be used for elemental detection through X-ray spectroscopy or Auger electron spectroscopy.

La diffusion Compton est l'interaction prédominante entre les rayons X et les tissus mous en imagerie médicale. Il s'agit d'une diffusion inélastique d'un photon X par un électron de valence ou de subduction. Une partie de l'énergie du photon est transférée à l'électron diffusant, ionisant ainsi l'atome et augmentant la longueur d'onde du rayon X. Le photon diffusé peut se propager dans n'importe quelle direction, mais une direction proche de celle de la diffusion initiale est plus probable, notamment pour les rayons X de haute énergie . La probabilité de diffusion pour différents angles est décrite par la formule de Klein-Nishina . L'énergie transférée peut être directement calculée à partir de l'angle de diffusion grâce à la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement .

La diffusion Rayleigh est le mécanisme de diffusion élastique dominant dans le domaine des rayons X. La diffusion inélastique vers l'avant donne lieu à l'indice de réfraction, qui pour les rayons X est légèrement inférieur à 1.

Lorsque des particules chargées (électrons ou ions) d'énergie suffisante percutent un matériau, des rayons X sont produits.

Les rayons X peuvent être produits par un tube à rayons X , un tube à vide qui utilise une haute tension pour accélérer à grande vitesse les électrons émis par une cathode chaude . Ces électrons à grande vitesse percutent une cible métallique, l' anode , créant ainsi les rayons X. Dans les tubes à rayons X médicaux, la cible est généralement en tungstène ou en un alliage plus résistant aux fissures, composé de rhénium (5 %) et de tungstène (95 %). On utilise parfois du molybdène pour des applications plus spécifiques, comme la mammographie, qui nécessite des rayons X de plus faible énergie. En cristallographie, la cible la plus courante est le cuivre, le cobalt étant souvent employé lorsque la fluorescence due à la présence de fer dans l'échantillon pourrait poser problème. Lorsque des énergies encore plus faibles sont nécessaires, comme en spectroscopie photoélectronique X (XPS) , on utilise fréquemment les rayons X Kα _émis par une cible en aluminium ou en magnésium.

L'énergie maximale du photon X produit est limitée par l'énergie de l'électron incident, qui est égale au produit de la tension appliquée au tube par la charge de l'électron. Ainsi, un tube de 80 kV ne peut pas produire de rayons X d'une énergie supérieure à 80 keV. Lorsque les électrons percutent la cible, les rayons X sont créés par deux processus atomiques différents :

1. Émission caractéristique de rayons X (électroluminescence X) : si un électron possède suffisamment d’énergie, il peut arracher un électron orbitalaire de la couche électronique interne de l’atome cible. Les électrons de niveaux d’énergie supérieurs comblent alors les lacunes, et des photons X sont émis. Ce processus produit un spectre d’émission de rayons X à quelques fréquences discrètes, parfois appelées raies spectrales. Il s’agit généralement de transitions des couches supérieures vers la couche K (raies K), puis vers la couche L (raies L), et ainsi de suite. La transition de 2p à 1s est appelée Kα, et celle de 3p à 1s, Kβ. Les fréquences de ces raies dépendent du matériau de la cible et sont donc appelées raies caractéristiques. La raie Kα est généralement plus intense que la raie Kβ et est donc préférable pour les expériences de diffraction. C’est pourquoi la raie Kβ est filtrée. Le filtre est généralement constitué d'un métal ayant un proton de moins que le matériau de l'anode (par exemple, un filtre en Ni pour une anode en Cu ou un filtre en Nb pour une anode en Mo).
2. Rayonnement de freinage : Il s’agit du rayonnement émis par les électrons lorsqu’ils sont diffusés par le champ électrique intense à proximité des noyaux. Ces rayons X possèdent un spectre continu . La fréquence du rayonnement de freinage est limitée par l’énergie des électrons incidents.

Ainsi, le rayonnement émis par un tube à rayons X se compose d'un spectre de Bremsstrahlung continu qui s'annule à la tension du tube, et de plusieurs pics aux raies caractéristiques. Les tensions utilisées dans les tubes à rayons X de diagnostic varient d'environ 20 kV à 150 kV, et par conséquent, les énergies maximales des photons X varient d'environ 20 keV à 150 keV.

Ces deux procédés de production de rayons X sont peu efficaces : seul environ 1 % de l’énergie électrique consommée par le tube est convertie en rayons X, la majeure partie de l’ énergie électrique étant dissipée sous forme de chaleur. Pour produire un flux de rayons X exploitable, le tube à rayons X doit être conçu pour dissiper cet excès de chaleur.

Le rayonnement synchrotron , produit par des accélérateurs de particules , est une source de rayons X spécialisée de plus en plus utilisée en recherche . Ses caractéristiques uniques sont un rendement en rayons X plusieurs ordres de grandeur supérieur à celui des tubes à rayons X, un large spectre d'émission, une excellente collimation et une polarisation linéaire .

De brèves impulsions de rayons X (de l'ordre de la nanoseconde) avec un pic d'énergie à 15 keV peuvent être produites de manière fiable en décollant un ruban adhésif sensible à la pression de son support sous vide modéré. Ce phénomène résulte probablement de la recombinaison de charges électriques produites par effet triboélectrique . L'intensité de la triboluminescence des rayons X est suffisante pour être utilisée comme source d'imagerie par rayons X.

Les rayons X peuvent également être produits par des protons rapides ou d'autres ions positifs. L'émission de rayons X induite par des protons ou ^par des particules est largement utilisée comme méthode d'analyse. Aux hautes énergies, la section efficace de production est proportionnelle à Z₁²Z₂⁻⁴ _, où Z₁ _désigne le numéro atomique de l' ion ^et Z₂ celui _de l' atome cible. _[ aperçu de ces sections efficaces est donné dans la même référence.

Des rayons X sont également produits lors des éclairs accompagnant les sursauts gamma terrestres . Le mécanisme sous-jacent est l'accélération des électrons dans les champs électriques liés à la foudre et la production subséquente de photons par rayonnement de freinage (Bremsstrahlung ) . Ceci produit des photons dont l'énergie se situe entre quelques keV et plusieurs dizaines de MeV . Dans des décharges en laboratoire, avec un espacement d'environ 1 mètre et une tension de crête de 1 MV, des rayons X d'énergie caractéristique de 160 keV sont observés . Une explication possible est la rencontre de deux streamers et la production d' électrons de haute énergie ; cependant, des simulations microscopiques ont montré que la durée de l'amplification du champ électrique entre deux streamers est trop courte pour produire un nombre significatif d'électrons de haute énergie . Récemment, il a été proposé que des perturbations de l'air à proximité des streamers puissent faciliter la production d'électrons de haute énergie et, par conséquent, de rayons X lors des décharges.

Les détecteurs de rayons X varient en forme et en fonction de leur usage. Les détecteurs d'imagerie, comme ceux utilisés en radiographie, étaient initialement basés sur des plaques photographiques , puis sur des films photographiques , mais sont aujourd'hui majoritairement remplacés par divers types de détecteurs numériques, tels que les plaques d'imagerie et les détecteurs à écran plat . En radioprotection, le risque d'exposition directe est souvent évalué à l'aide de chambres d'ionisation , tandis que des dosimètres servent à mesurer la dose de rayonnement reçue. Les spectres de rayons X peuvent être mesurés par des spectromètres à dispersion d'énergie ou à dispersion de longueur d'onde . Pour les applications de diffraction des rayons X , comme la cristallographie aux rayons X , les détecteurs hybrides à comptage de photons sont largement utilisés.

Depuis la découverte par Röntgen de la capacité des rayons X à identifier les structures osseuses, ces derniers sont utilisés en imagerie médicale . La première application médicale a eu lieu moins d'un mois après la publication de son article sur le sujet . Jusqu'en 2010, cinq milliards d'examens d'imagerie médicale avaient été réalisés dans le monde . En 2006, l'exposition aux rayonnements due à l'imagerie médicale représentait environ 50 % de l'exposition totale aux rayonnements ionisants aux États-Unis

La radiographie par projection est une technique permettant de produire des images bidimensionnelles à l'aide de rayons X. Les os contiennent une forte concentration de calcium qui, en raison de son numéro atomique relativement élevé , absorbe efficacement les rayons X. Cela réduit la quantité de rayons X atteignant le détecteur dans l'ombre des os, les rendant ainsi clairement visibles sur la radiographie. Les poumons et les gaz emprisonnés apparaissent également clairement grâce à une absorption plus faible que celle des tissus, tandis que les différences entre les types de tissus sont plus difficiles à distinguer.

Les radiographies conventionnelles sont utiles pour détecter les pathologies du squelette ainsi que certaines affections des tissus mous . Parmi les exemples notables, citons la radiographie thoracique , très courante , qui permet d'identifier des maladies pulmonaires telles que la pneumonie , le cancer du poumon ou l' œdème pulmonaire , et la radiographie abdominale , qui peut détecter une occlusion intestinale , la présence d'air libre (suite à une perforation viscérale) et de liquide libre (en cas d'ascite ). Les rayons X peuvent également être utilisés pour détecter des pathologies telles que les calculs biliaires (rarement radio-opaques ) ou les calculs rénaux (souvent visibles, mais pas toujours). Les radiographies conventionnelles sont moins performantes pour l'imagerie des tissus mous comme le cerveau ou les muscles . Un domaine où les radiographies conventionnelles sont largement utilisées est celui de l'évaluation du positionnement d'un implant orthopédique , tel qu'une prothèse de genou, de hanche ou d'épaule, par rapport au squelette environnant. Cette évaluation peut être réalisée en deux dimensions à partir de radiographies standard, ou en trois dimensions grâce à une technique appelée « recalage 2D vers 3D ». Cette technique permettrait de corriger les erreurs de projection liées à l’évaluation de la position de l’implant à partir de radiographies standard.

La radiographie dentaire est couramment utilisée dans le diagnostic des problèmes buccaux courants, tels que les caries .

En diagnostic médical, les rayons X de faible énergie (rayons X mous) sont indésirables car ils sont totalement absorbés par le corps, augmentant ainsi la dose de rayonnement sans contribuer à l'image. C'est pourquoi une fine feuille de métal, souvent en aluminium, appelée filtre à rayons X , est généralement placée devant la fenêtre du tube à rayons X, absorbant la partie basse énergie du spectre. On parle alors de durcissement du faisceau, car il déplace le centre du spectre vers les rayons X de plus haute énergie (ou plus durs).

Pour obtenir une image du système cardiovasculaire , incluant les artères et les veines ( angiographie ), une première image de la région anatomique d'intérêt est réalisée. Une seconde image est ensuite prise de la même région après injection d'un produit de contraste iodé dans les vaisseaux sanguins. Ces deux images sont ensuite soustraites numériquement, ne laissant apparaître qu'une image du contraste iodé délimitant les vaisseaux sanguins. Le radiologue ou le chirurgien compare ensuite cette image à des images anatomiques normales afin de déterminer la présence éventuelle de lésions ou d'obstructions vasculaires.

La tomodensitométrie (TDM) est une technique d'imagerie médicale qui permet d'obtenir des images tomographiques, ou coupes, de zones spécifiques du corps à partir d'une série de radiographies bidimensionnelles prises selon différentes directions. Ces images en coupe peuvent être combinées pour former une image tridimensionnelle de l'intérieur du corps. La TDM est une technique d'imagerie plus rapide et plus économique, utilisée à des fins diagnostiques et thérapeutiques dans diverses disciplines médicales.

La fluoroscopie est une technique d'imagerie couramment utilisée par les médecins et les radiothérapeutes pour obtenir des images animées en temps réel des structures internes d'un patient grâce à un fluoroscope. Dans sa forme la plus simple, un fluoroscope se compose d'une source de rayons X et d'un écran fluorescent entre lesquels le patient est placé. Cependant, les fluoroscopes modernes associent l'écran à un intensificateur d'image radiographique et à une caméra vidéo CCD, ce qui permet d'enregistrer et de visualiser les images sur un moniteur. Cette méthode peut nécessiter l'injection d'un produit de contraste. On peut citer comme exemples le cathétérisme cardiaque (pour rechercher des obstructions des artères coronaires ), les procédures d'embolisation (pour arrêter les saignements lors de l'embolisation des artères hémorroïdaires ) et le transit baryté (pour rechercher des troubles œsophagiens et des troubles de la déglutition). Plus récemment, la fluoroscopie moderne utilise de brèves impulsions de rayons X, plutôt qu'un faisceau continu, afin de réduire efficacement l'exposition aux radiations pour le patient et l'opérateur.

L’utilisation des rayons X comme traitement est appelée radiothérapie et est largement employée pour la prise en charge (y compris palliative ) du cancer ; elle nécessite des doses de rayonnement plus élevées que celles reçues pour l’imagerie seule. Les faisceaux de rayons X sont utilisés pour traiter les cancers de la peau à l’aide de faisceaux de plus faible énergie, tandis que les faisceaux de plus haute énergie sont utilisés pour traiter les cancers situés à l’intérieur du corps, tels que ceux du cerveau, du poumon, de la prostate et du sein.

Les rayons X sont une forme de rayonnement ionisant et sont classés comme cancérogènes par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) de l'Organisation mondiale de la Santé et par le gouvernement américain. Les radiographies diagnostiques (principalement les tomodensitométries, en raison de la forte dose utilisée) augmentent le risque de troubles du développement et de cancer chez les personnes exposées. On estime que 0,4 % des cancers actuels aux États-Unis sont dus à des tomodensitométries (TDM) réalisées par le passé et que ce pourcentage pourrait atteindre 1,5 à 2 % compte tenu des taux d'utilisation des TDM en 2007.

Les données expérimentales et épidémiologiques actuelles ne confirment pas l'existence d'une dose seuil de rayonnement en deçà de laquelle le risque de cancer n'augmente pas. Toutefois, cette hypothèse est de plus en plus remise en question. Le risque de cancer peut apparaître dès une exposition de 1100 mGy. On estime que le rayonnement supplémentaire dû aux radiographies diagnostiques augmente le risque cumulatif de cancer chez une personne moyenne de 0,6 à 3,0 % avant l'âge de 75 ans. La quantité de rayonnement absorbée dépend du type d'examen radiologique et de la partie du corps concernée. La tomodensitométrie (TDM) et la fluoroscopie impliquent des doses de rayonnement plus élevées que les radiographies conventionnelles.

Pour mettre en perspective l'augmentation du risque, une radiographie pulmonaire standard expose une personne à la même dose de rayonnement de fond que celle à laquelle la population est exposée quotidiennement (selon le lieu) pendant 10 jours, tandis que l'exposition lors d'une radiographie dentaire est approximativement équivalente à une journée d'exposition au rayonnement de fond environnemental. Chaque radiographie de ce type n'augmenterait le risque de cancer au cours de la vie que de moins de 1 pour 1 000 000. Un scanner abdominal ou thoracique équivaudrait à 2 à 3 ans d'exposition au rayonnement de fond pour l'ensemble du corps, ou à 4 à 5 ans pour l'abdomen ou le thorax, augmentant le risque de cancer au cours de la vie de 1 pour 1 000 à 1 pour 10 000. À titre de comparaison, la probabilité qu'un citoyen américain développe un cancer au cours de sa vie est d'environ 40 %. Par exemple, la dose efficace au niveau du torse lors d'un scanner thoracique est d'environ 5 mSv, et la dose absorbée est d'environ 14 mGy. Un scanner cérébral (1,5 mSv, 64 mGy) réalisé une fois avec et une fois sans produit de contraste, équivaudrait à 40 ans d’exposition au rayonnement de fond de la tête. L’estimation précise des doses efficaces dues au scanner est difficile, l’incertitude d’estimation se situant entre ±19 % et ±32 % environ pour les scanners cérébraux chez l’adulte, selon la méthode utilisée.

Le risque lié aux radiations est plus élevé pour le fœtus. Par conséquent, chez les femmes enceintes, les bénéfices de l'examen (radiographie) doivent être mis en balance avec les risques potentiels pour le fœtus. Un seul examen radiologique tous les neuf mois peut être nocif pour le fœtus. C'est pourquoi les femmes enceintes bénéficient d'échographies pour leur diagnostic, car cet examen n'utilise pas de radiations. Une exposition excessive aux radiations peut avoir des effets néfastes sur le fœtus ou les organes reproducteurs de la mère. Aux États-Unis, on estime à 62 millions le nombre de tomodensitométries (TDM) réalisées chaque année, dont plus de 4 millions chez les enfants. Éviter les examens radiographiques inutiles (en particulier les TDM) permet de réduire la dose de radiation et le risque de cancer associé.

Les radiographies médicales constituent une source importante d'exposition aux rayonnements ionisants d'origine humaine. En 1987, elles représentaient 58 % de l'exposition due à ces sources aux États-Unis. Les sources artificielles ne représentant que 18 % de l'exposition totale aux rayonnements, dont la majeure partie provenait de sources naturelles (82 %), les radiographies médicales ne représentaient que 10 % de l' exposition totale aux rayonnements aux États-Unis ; les procédures médicales dans leur ensemble (y compris la médecine nucléaire ) représentaient 14 % de l'exposition totale. Cependant, dès 2006, les procédures médicales aux États-Unis contribuaient beaucoup plus aux rayonnements ionisants qu'au début des années 1980. En 2006, l'exposition médicale représentait près de la moitié de l'exposition totale aux rayonnements de la population américaine, toutes sources confondues. Cette augmentation est attribuable à la croissance du recours aux techniques d'imagerie médicale, en particulier la tomodensitométrie (TDM), et à l'essor de la médecine nucléaire.

La dose de rayonnement due aux radiographies dentaires varie considérablement selon la procédure et la technologie (film ou numérique). Selon la procédure et la technologie, une radiographie dentaire unique chez un être humain entraîne une exposition de 5 à 40 μSv. Une série complète de radiographies de la bouche peut entraîner une exposition allant jusqu'à 60 μSv (numérique) et 180 μSv (film), soit une moyenne annuelle pouvant atteindre 400 μSv.

Il a été démontré que les incitations financières ont un impact significatif sur l'utilisation des rayons X, les médecins qui reçoivent un paiement distinct pour chaque radiographie fournissant davantage de radiographies.

La tomographie photonique précoce ou EPT (en date de 2015) ainsi que d'autres techniques sont étudiées comme alternatives potentielles aux rayons X pour les applications d'imagerie.

Parmi les autres utilisations notables des rayons X, on peut citer :

• La cristallographie aux rayons X consiste à enregistrer puis à analyser le diagramme de diffraction produit par les rayons X à travers le réseau atomique très dense d'un cristal afin de déterminer la nature de ce réseau. Une technique apparentée, la diffraction sur fibre , a été utilisée par Rosalind Franklin pour découvrir la structure en double hélice de l'ADN .
• L'astronomie des rayons X est une branche observationnelle de l'astronomie qui étudie l'émission de rayons X provenant d'objets célestes.
• L'analyse microscopique aux rayons X utilise le rayonnement électromagnétique dans la bande des rayons X mous pour produire des images d'objets très petits.
• La fluorescence X est un phénomène qui se produit lorsqu'un échantillon est bombardé de rayons X de haute énergie. L'échantillon émet alors une fluorescence dont le profil de rayonnement est caractéristique de sa composition atomique. Ceci permet une analyse non destructive de nombreux matériaux.
• La spectroscopie photoélectronique X est une technique d'analyse chimique basée sur l' effet photoélectrique , généralement utilisée en science des surfaces .
• La radiographie industrielle utilise les rayons X pour l'inspection des pièces industrielles, notamment des soudures .
• La radiographie des objets culturels , le plus souvent des radiographies de peintures, permet de révéler les dessins sous-jacents , les corrections apportées au cours de la réalisation de l'œuvre ou par des restaurateurs ultérieurs, et parfois les peintures antérieures sur le support. De nombreux pigments, tels que le blanc de plomb, apparaissent bien sur les radiographies.

• L’inspection automatisée par rayons X consiste à utiliser les rayons X pour l’authentification et le contrôle qualité des produits emballés. Elle peut également servir à identifier les corps étrangers dans les aliments et les produits pharmaceutiques.
• La tomographie industrielle (CT) est un procédé qui utilise des rayons X pour produire des représentations tridimensionnelles de composants, tant externes qu'internes. Ce résultat est obtenu par traitement informatique d'images de projection de l'objet scanné dans de nombreuses directions.
• Les scanners de sécurité des aéroports utilisent des rayons X pour inspecter l'intérieur des bagages afin de détecter les menaces à la sécurité avant leur chargement à bord des avions.
• Les scanners des camions de contrôle frontalier etles services de police nationauxutilisent les rayons X pour inspecter l'intérieur des camions.

• L’art radiographique et la photographie d’art , une utilisation artistique des rayons X, par exemple des œuvres d’artistes tels que Stane Jagodič ou Peter Dazeley .
• L'épilation aux rayons X , une méthode populaire dans les années 1920 mais désormais interdite par la FDA.
• Les fluoroscopes d'essayage de chaussures ont été popularisés dans les années 1920, interdits aux États-Unis dans les années 1960, au Royaume-Uni dans les années 1970, puis en Europe continentale.
• La stéréophotogrammétrie Roentgen est utilisée pour suivre le mouvement des os en fonction de l'implantation de marqueurs
• Dans la conception des armes thermonucléaires , l'implosion par rayonnement est le processus par lequel les rayons X de haute énergie générés par une explosion de fission (primaire) compriment le combustible nucléaire jusqu'au point d'inflammation par fusion (secondaire).

Bien que leurs longueurs d'onde ne fassent pas partie du spectre de la lumière visible, les rayons X peuvent, dans certaines circonstances, être détectés à l'œil nu. Brandes, lors d'une expérience menée peu après la publication de l'article fondateur de Röntgen en 1895, rapporta, après adaptation à l'obscurité et en plaçant son œil près d'un tube à rayons X, avoir observé une faible lueur « bleu-gris » qui semblait provenir de l'intérieur même de l'œil. À cette nouvelle, Röntgen consulta ses notes et constata qu'il avait lui aussi observé ce phénomène. En plaçant un tube à rayons X de l'autre côté d'une porte en bois, il avait noté la même lueur bleue, semblant émaner de l'œil, mais il pensait ses observations erronées car il n'avait constaté l'effet qu'avec un certain type de tube. Il réalisa plus tard que le tube à l'origine de cet effet était le seul suffisamment puissant pour rendre la lueur clairement visible, et l'expérience fut dès lors facilement reproductible. De nos jours, on a largement oublié que les rayons X sont en réalité faiblement détectables à l'œil nu après adaptation à l'obscurité. Cela est probablement dû à la volonté de ne pas reproduire ce qui serait aujourd'hui considéré comme une expérience dangereuse et potentiellement nocive impliquant des rayonnements ionisants . Le mécanisme exact à l'origine de la visibilité décrite par Röntgen et Brandes reste inconnu, bien que le rayonnement Tcherenkov, causé par la traversée du corps vitré par les rayons X, soit une explication plausible. Parmi les autres explications possibles de cette lueur figure l'excitation directe des cellules rétiniennes par les rayons X, similaire à certains éclairs lumineux observés lors d'expériences sur les phénomènes visuels liés aux rayons cosmiques .

Bien que les rayons X soient invisibles en temps normal, il est possible d'observer l' ionisation des molécules d'air si l'intensité du faisceau de rayons X est suffisamment élevée. La ligne de faisceau de l' onduleur de l' Installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF) est un exemple de telle intensité.

La mesure du pouvoir ionisant des rayons X est appelée exposition :

• Le coulomb par kilogramme (C/kg) est l' unité SI d'exposition aux rayonnements ionisants , et c'est la quantité de rayonnement nécessaire pour créer un coulomb de charge de chaque polarité dans un kilogramme de matière.
• Le roentgen (R) est une unité d'exposition traditionnelle obsolète, qui représentait la quantité de rayonnement nécessaire pour créer une unité de charge électrostatique de chaque polarité dans un centimètre cube d'air sec. 1 roentgen = 2,58 × 10 ⁻⁴ C/kg .

Cependant, l’effet des rayonnements ionisants sur la matière (en particulier les tissus vivants) est davantage lié à la quantité d’énergie qui y est déposée qu’à la charge générée. Cette mesure de l’énergie absorbée est appelée dose absorbée :

• Le gray (Gy), dont l'unité est le joule par kilogramme, est l'unité SI de dose absorbée , et c'est la quantité de rayonnement nécessaire pour déposer un joule d'énergie dans un kilogramme de n'importe quel type de matière.
• Le rad est l'unité traditionnelle correspondante (désormais obsolète), égale à 10 millijoules d'énergie déposée par kilogramme. 100 rad = 1 gray.

La dose équivalente est la mesure de l’effet biologique des rayonnements sur les tissus humains. Pour les rayons X, elle est égale à la dose absorbée .

• L' homme équivalent Roentgen (rem) est l'unité traditionnelle de dose équivalente. Pour les rayons X, il est égal au rad , soit 10⁻¹⁰ millijoules d'énergie déposée par kilogramme. 100 rem = 1 Sv.
• Le sievert (Sv) est l'unité SI de dose équivalente , et également de dose efficace . Pour les rayons X, la « dose équivalente » est numériquement égale à un gray (Gy). 1 Sv = 1 Gy. La « dose efficace » des rayons X n'est généralement pas égale à un gray (Gy).