X線の種類と発生方法

X線は、ヴィルヘルム・レントゲンによって発見された電磁波です。

X線は1895年に発見されて以来、130年以上にわたり、医療をはじめ多くの分野で利用されています。

X線は特性X線と連続X線（制動X線）と呼ばれるものにわかれ、それぞれ発生方法が異なります。

X線とは？

X線は、1895年11月にヴィルヘルム・レントゲンによって発見されました。

X線は電磁波の仲間なので、私たちが日常で使用している電子レンジのマイクロ波や、携帯電話の電波などと同じ部類になります（図１）。

図１　電磁波の分類

電磁波は主に周波数または波長によって分類されます。光子1個あたりのエネルギーは、E=hν=hc/λで表されます。

レントゲン検査などで使用されるX線管（X線の発生する場所）は以下の図のように、陰極のフィラメントと陽極のターゲットから構成されています（図２）。

図２　X線管の構造

X線の発生には、以下の作用が関わってきます。

①　陰極から発生した電子がターゲットに衝突した際、ターゲットを構成する原子の
　　軌道電子に衝突する（図３左）。

②　陰極から発生した電子がターゲットを構成する原子を通過する際、
　　クーロン力（電気の力）により曲げられる（図３右）。

図３　ターゲット原子に衝突した際の電子の動き

電子がターゲットで起こす反応の違いにより、特性X線と連続X線の２種類に分かれます。

特性X線は、以下の流れで発生します。

ターゲット原子に入射した電子が、原子を構成する軌道電子に衝突する。
これにより、衝突された軌道電子は原子の外に飛ばされる（図４）。
軌道電子が外からの力（今回は電子の衝突）によって、吹き飛ばされることを電離と呼びます。

図４　入射電子による原子の電離

電離が起こると、吹き飛ばされた軌道電子の場所は空席になる。
上の軌道にいる電子が、空席を埋めるように遷移（移動）します（図５）。

軌道電子が内側の空席に遷移した時に、エネルギーを電磁波の形で放出します（図５右）。
このときに発生する電磁波を特性X線と呼びます。

図５　特性X線の発生

電子が内側の軌道へ遷移するときに放出されるエネルギーについては、「特性X線の発生とその特徴」で詳しく解説しています。

連続X線は制動X線とも呼ばれ、以下の流れで発生します。

ターゲット原子に入射した電子が、真っ直ぐ進もうとする（図６左）。
電子はマイナス、原子核はプラスの電荷をもっているため、電子はまっすぐ進めず原子核の方へ引かれて曲げられてしまう。（図６右）。
このとき働く電気的な力をクーロン力（同じ電荷同士では斥力、異なる電荷同士では引力が働く）といいます。

図６　入射電子に働くクーロン力

入射電子は原子核の電場によって進行方向を変えられ、失った運動エネルギーの一部または全部をX線光子として放出します。このときに発生するX線を、連続X線（制動X線）と呼びます（図7）。

図７　連続X線の発生

原子核が正の電荷をもつ理由は「原子と原子核の構造」、電子と原子核の間に働く力は「クーロンの法則」で解説しています。

本記事ではX線発生の全体像を優先して説明しました。結合エネルギーやスペクトルなどの詳細は、「特性X線」「連続X線」の各記事で解説しています。まずは、X線が発生するイメージをつかんでください。

確認日：2026年8月31日