of X-stralen zijn in 1895 ontdekt door de Duitse physicus Wilhelm Conrad Röntgen. De straling behoort tot de familie der electro-magnetische straling, waartoe ook de radiogolven en de lichtstraling behoren en verschilt van deze beide slechts in golflengte en (omdat de golflengte evenredig is met de trillingstijd) trillingstijd.
Voor de bepaling der golflengte zie Röntgendiagrammen. Het golflengtegebied der Röntgenstralen ligt tussen dat der ultraviolette straling en dat der radio-actieve gammastraling, de grenzen liggen bij 100 Å (1 Å = 10−8 cm) enerzijds en 0,1 Å anderzijds. Deze grenzen zijn niet scherp, het karakter der straling gaat geleidelijk over van de ene soort in de andere. Röntgenstralen ontstaan, wanneer men een oppervlak van een willekeurige stof beschiet met snelle electronen. Om aan deze electronen voldoende snelheid te geven, is het nodig, ze een electrisch veld van duizenden, ja soms honderdduizenden volts te laten doorlopen. De problemen der Röntgentechniek zijn daarom in hoofdzaak hoogspanningsproblemen.Het ontstaan der Röntgenstralen is atoomphysisch volkomen verklaard. Volgens het atoommodel van Rutherford (zie atoommodel) bestaat een atoom uit een positief geladen kern, waaromheen een aantal electronen zweven als planeten om de zon. Wordt een der binnenste electronen uit deze zwerm verwijderd, dan ontstaat een open plaats, die na enige tijd ingenomen wordt door een electron, dat in een meer naar buiten gelegen baan liep. Bij de sprong van dit electron verandert de energie van het atoom van de waarde E1 op de waarde E2. Deze energie wordt volgens de theorie van Bohr uitgestraald in de vorm van electromagnetische straling van een frequentie v, die bepaald is door de vergelijking hv = E1 − E2 , waarin h de constante van Planck (zie quantumtheorie). Deze straling is de Röntgenstraling. Om de open plaats in de electronenwolk te creëren moet men het atoom beschieten met snelle electronen. De energie van het botsende electron moet zo groot zijn, dat het inderdaad in staat is om één van de vast gebonden binnenbaanelectronen naar buiten te werpen.
De uitgezonden straling vormt in overeenstemming met bovenstaande theorie een lijnenspectrum, d.w.z. er komen in het spectrum slechts bepaalde frequenties voor, vastgelegd door de energieniveau’s, E1 , E2 , E3 enz., van het atoom. Op de zwakke continue achtergrond, die ook aanwezig is, willen wij hier niet verder ingaan. Elk atoom heeft zijn karakteristieke lijnenspectrum en men kan aan het Röntgenspectrum onmiddellijk zien, welke elementen in een proefmonster aanwezig zijn. Men heeft zelfs op deze wijze nieuwe elementen ontdekt. Bij deze ontdekking is men krachtig gesteund door de wet van Moseley (1913). Deze leerde, dat de hoogste frequentie in het Röntgenspectrum van het element, dat in de tabel van het periodieke systeem het rangnummer Z heeft, gegeven is door de vergelijking: √(v) = A Z + B, waarin A en B constanten zijn.
Ook voor de tweede frequentie is, met andere constanten, een dergelijke vorm neer te schrijven. Hierdoor kan men van te voren uitrekenen, waar men in het Röntgenspectrum de lijnen van element Z heeft te zoeken. Dit was een krachtig hulpmiddel om de nog ontbrekende elementen van het periodiek systeem op te sporen, waarbij nog het grote voordeel komt, dat het voor het maken van een Röntgenspectrum niet nodig is, het element uit het mineraal af te scheiden. Sedert Moseley zijn dan ook alle nieuw ontdekte in de natuur voorkomende elementen langs Röntgenografische weg gevonden: hafnium (1922) en rhenium (1925).
De eigenschappen van de Röntgenstralen, die wij opmerken als wij de straling door materie zenden, zijn verschillend van die van lichtstralen. Wij merken eerst op, dat de hieronder besproken eigenschappen alleen van de atomen afhangen, niet van de verbinding waarin die atomen voorkomen. De brekingsindex voor Röntgenstralen kan gelijk aan 1 worden gesteld (maar is iets kleiner) zodat het maken van een spectrum met behulp van een prisma vrijwel onmogelijk is. De absorptie is ook heel verschillend van die van lichtstralen. Lichtdoorlatende stoffen kunnen Röntgenstralen sterk absorberen; omgekeerd kunnen ondoorzichtige stoffen volkomen doorschijnend zijn voor Röntgenstralen. De verzwakking van een bundel Röntgenstralen, die door een stof is heen gegaan, ontstaat door twee oorzaken,
a. de eigenlijke absorptie, die het gevolg is van het wegwerpen van electronen uit de atomen; deze daarvoor benodigde energie gaat dus als stralingsenergie verloren,
b. de verstrooiing van de stralen: de atomen zenden zelf weer straling naar alle kanten uit, gedeeltelijk met de zelfde golflengte, gedeeltelijk met een grotere (zie Compton-effect).
De eerst genoemde strooistraling geeft interferentieverschijnselen (zie kristallen, Röntgendiagrammen). Wij zullen ons hier beperken tot de echte absorptie, die (behalve voor zeer kleine golflengten) het belangrijkst aandeel vormt van de totale absorptie. De absorptie neemt sterk toe met het atoomnummer Z. Dit betekent, dat stoffen met zware atomen ook de Röntgenstralen sterk verzwakken. Zo absorbeert loodglas de Röntgenstralen veel sterker dan kali-natronglas, hoewel het voor licht even doorlatend is. Ook berust hierop het gebruik voor doorlichting, o.a. in de geneeskunde (zie Röntgenologie). Bij doorlichtingsproeven vangt men de Röntgenstralen op met een fluorescerend scherm (bijv. een met uraanzouten) of op een fotografische plaat, en constateert lichtcontrasten ten gevolge van de verschillende weerstanden, die de stralen moeten overwinnen.
De absorptie neemt sterk af met kleinere golflengte, dus met grotere frequentie. Dit betekent dus, dat kortgolvige straling verder in de stof doordringt, „harder” is. Langgolvige straling wordt „zacht” genoemd. De hardheid van de straling hangt af van de aard van het emitterende materiaal en van de snelheid der op dit materiaal geschoten electronen. Voor harde straling is nodig een emitterend metaal van hoog atoomnummer (bijv. wolfraam, thorium) en zeer snelle electronen, dus hoge spanning. Hoe dikker het te doorstralen voorwerp of lichaam, des te hoger moet men de aan de Röntgenbuis aangelegde electrische spanning kiezen.
Het is echter zeer wel mogelijk, dat de straling te hard is, zodat de contrasten in het schaduwbeeld verdwijnen. Om de harde straling uit een stralingsmengsel te scheiden van de zachte, laat men de straling gaan door een metalen plaatje, meestal van aluminium (filter); de zachte straling wordt hierin geabsorbeerd, de harde alleen blijft over. Dit is nodig in gevallen, waarin absorptie van deze zachte straling in het weefsel van het menselijk lichaam schadelijk zou zijn (zie Röntgenologie).
Behalve in de geneeskunde is de absorptie der Röntgenstralen ook van dienst bij het opsporen van fabricagefouten in het binnenste van apparaten, het controleren van lassen tussen twee metalen platen, de vaststelling van de corrosie van een scheepshuid, het passen van schoenen, het herkennen van edelstenen enz. Wij noemen ten slotte nog als physische toepassing het onderzoek van de bouw der atomen. Dit geschiedt gedeeltelijk uit het lijnenspectrum, gedeeltelijk uit plotselinge sprongen in de absorptie, indien men naar kortere golflengten gaat. Indien nl. de energie van de quanten hoog genoeg is om een electron uit een schil (zie atoommodel) te werpen, zal de absorptie plotseling toenemen. Bij de absorptie wordt de energie der Röntgenstralen omgezet in warmte. De hoeveelheid geproduceerde warmte is in principe te gebruiken als een maat voor de intensiteit der Röntgenstralen.
Ook kan men daarvoor de zwarting van een fotografische plaat gebruiken. Men meet echter de intensiteit het best, door de bundel door lucht te laten gaan. De moleculen worden dan geïoniseerd en de lucht wordt geleidend. Men definieert de eenheid van Röntgenstraling, de röntgen, als de straling, die in lucht van 0 gr. C. en 760 mm kwikdruk, onder bepaalde omstandigheden, zoveel electronen vrijmaakt, dat een lading van 1/3⋅109 coulomb wordt doorgelaten. De röntgen is geen absolute maat voor de energie, daar het ioniserend vermogen van de golflengte afhangt.
