1836年，英国科学家法拉第发现，在稀薄气体中放电时，会产生一种绚丽的光。后来，物理学家把这种光称为“阴极射线”，因为它是由阴极发出的。为探明阴极射线，许多科学家进行了研究。
一次，德国科学家克鲁克斯按常规方法做真空放电实验，用照相机拍摄亮光，可底片洗出来后，什么也没有，照片漆黑一片，克鲁克斯用各种方法拍摄也未能成功。这在当时被物理学界称为“未解之谜”。
1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴对阴极射线产生了极大的兴趣，开始了深入研究。当他把荧光板靠近玻璃管的铝窗时，觉得玻璃管内的亮光影响了自己对荧光板的观察。于是，他就找了一张包照相底片的黑纸，把玻璃管包住。这样玻璃内的亮光就透不出来了。当伦琴把荧光板靠近玻璃管的铝窗时，荧光板上发出微弱的亮光，但当荧光板离铝窗稍远些时，荧光板上就不会发光了。伦琴认为，这可能是因为阴极射线在稍远些距离被空气的粒子相碰而飞散，以致无效。
接着，伦琴换上没有铝窗的玻璃管。按正常的程序，他将玻璃管包好，打开开关，伸手拿起桌面上的荧光板。这时，他发现了一个令他大吃一惊的现象：荧光板的边缘上出现局部手骨的影子。伦琴知道，这是他拿荧光板的手的手骨轮廓。于是，他索性将手放在荧光板后面，结果荧光板上出现了完整的手骨影子。“怪事，这是怎么回事?”伦琴认定这不是阴极射线，因为阴极射线的射程很短。“不是阴极射线，那又是什么呢?”伦琴绞尽脑汁推测，这也许是一种人们未知的射线。为了弄清射线的性质，他做了一系列的试验：将一本笔记本放在玻璃管和荧光板之间，荧光板照样发光；将一块木头放在玻璃管和荧光板之间，荧光板也照样发光；将一块铁板放在玻璃管和荧光板之间，荧光板只剩下谈淡的一点亮光；将一块铅板放在玻璃管和荧光板之间，荧光板上什么也看不见了。
几天来，伦琴做了各种试验，以了解这种射线的“脾气”。
这时，伦琴的妻子觉得伦琴几天没回家了，很不放心，便来到他的实验室。
“你来得正好，我给你表演个魔术。”伦琴看见妻子，高兴地说。
于是，伦琴就把妻子的手放在荧光板后面，然后打开开关，荧光板上出现了手骨图像，连那枚结婚戒指也显现出来。
“啊，我的手?”伦琴的妻子尖叫起来。
“对！是你的手，怎么样，看见你手的骨头长得什么样了吧！”伦琴得意地说。
伦琴的妻子对这神秘的射线感到不可思议，便向丈夫讨教道：“这是什么射线?”
“我也不知道叫什么射线，它还是一个X(表示未知)!”伦琴停了一会儿，又说道：“不然就叫‘X射线’吧!”
射线的发现，揭开了20年前的克鲁克斯的未解之谜。原来，当阴极射线碰到玻璃管放射出X射线后，这射线把附近的相片底片统统曝光了——也就是说，在相机拍摄前，底片已被曝光。
X射线具有很强的穿透力，很快就在医学界得到应用，医生常用X射线为患者作透视检查，以准确诊断患者的病情，它为疾病的治疗提供准确的依据，使医疗诊断水平大大提高。后来，医生还利用X射线治疗肿瘤等病变。
X射线不仅仅在医学得到广泛应用，在工业生产、日常生活中个也得到了应用，例如：用X射线对机械、零部件进行无损探伤；对电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测；对人员进行安全检查等。
X射线的发现，被誉为19世纪末物理学的“三大发现”之一，伦琴也因此在1901年成为诺贝尔物理学奖获得者。
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