Wilhelm Röntgen découvrit les rayons X en 1895 (ce qui lui valut le prix Nobel en 1901), ouvrant ainsi une nouvelle fenêtre sur le monde. Le 16 janvier 1896, le New York Times publia une radiographie de la main de Mme Röntgen. Très vite, les gens s'émerveillèrent devant des photographies montrant la structure osseuse humaine.

Dès février 1896, les rayons X furent utilisés en médecine pour observer des fractures : la première observation de ce type, une fracture au bras d'un patient, fut réalisée par deux médecins du Dartmouth College aux États-Unis. Assez rapidement, d'autres applications des rayons X virent le jour, notamment le contrôle des bagages par les douaniers.

Images : à gauche – observation d'une fracture en février 1896 : les docteurs G. et E. Frost (sur la photo) furent les premiers à utiliser les rayons X à des fins médicales ; à droite – contrôle de bagages par des douaniers français, 1897.

Les rayons X attirèrent l'attention de nombreux médecins, qui les employèrent pour diagnostiquer des fractures et des corps étrangers dans les tissus. À la fin du XIXe siècle, la médecine accordait une attention particulière à la pathologie des organes individuels. Des améliorations continues permirent aux médecins de radiographier tous les organes internes au moyen de « produits de contraste » – des substances opaques qui apparaissent sur les radiographies. Les rayons X furent également utilisés en thérapie, par exemple pour le traitement des maladies de peau. On comprit toutefois rapidement qu'un rayonnement de plus haute énergie était nécessaire pour ce type de thérapie.

Les rayons X prirent véritablement leur essor pendant la Première Guerre mondiale. Marie Curie, avec sa fille Irène, mit en place un réseau de centres radiologiques médicaux afin d'améliorer le diagnostic des fractures et des maladies pulmonaires chez les soldats. De plus, de nombreux véhicules spécialisés équipés d'appareils à rayons X (appelés “Les Petites Curies”) sillonnaient les champs de bataille. Marie Curie écrivit un livre à ce sujet : “La Radiologie et la Guerre” (1921).

Les rayons X sont un type de rayonnement électromagnétique. Ils sont produits artificiellement dans un tube cathodique, où une cathode chaude émet des électrons qui sont ensuite accélérés par une haute tension, frappent une cible métallique à grande vitesse et produisent des « rayons invisibles ».

Ces rayons résultent en partie de la fluorescence excitée dans les atomes du métal, et en partie de l'effet dit de rayonnement de freinage (Bremsstrahlung) . Ce dernier apparaît à la suite des changements rapides de direction des électrons au voisinage des noyaux atomiques du métal.
Les rayons X peuvent également être produits lorsque l'électron incident de haute énergie éjecte l'un des électrons d'une couche électronique interne. Un électron d'énergie plus élevée retombe alors sur la couche interne pour combler la lacune et émet son excédent d'énergie sous la forme d'un rayon X.

Dans un tube à rayons X, les électrons sont accélérés jusqu'à une énergie de 30 à 150 keV et frappent une cible en tungstène qui produit un rayonnement X d'énergies comprises entre 1 eV et 150 keV, avec un maximum d'intensité intermédiaire et deux pics à 59 et 67 keV (ce sont les transitions électroniques dans les atomes de tungstène). Pour les applications médicales, on utilise des énergies plus faibles pour des raisons de sécurité. Alors que 20 keV est une énergie typique pour les radiographies des tissus mous, par exemple les mammographies, des énergies plus élevées (autour de 150 keV) sont employées pour les tissus durs, par exemple les os.

On s'inquiète souvent de l'exposition au rayonnement lors des examens médicaux par rayons X. Pourtant, chacun est exposé toute sa vie à des sources de rayonnement naturel : les rayons cosmiques, le radon présent dans l'atmosphère, le sol et les roches, et même la nourriture et l'eau.

Il vaut la peine de comparer ces contributions :

Source	Dose équivalente
Radiographie du thorax	100 μSv
Vivre un an dans un bâtiment en pierre, en brique ou en béton	70 μSv
Vol de Londres à New York	40 μSv
Dose naturelle quotidienne moyenne du bruit de fond	10 μSv
Radiographie dentaire	5 μSv
Manger une banane	0,1 μSv

Comme vous le voyez, manger une simple banane expose déjà à une dose de rayonnement. La source principale en est le potassium, qui contient dans la nature 0,0117 % de l'isotope instable ⁴⁰K.

Toute forme de rayonnement électromagnétique est caractérisée par une longueur d'onde (λ) ou, de manière équivalente, par une énergie (E = hc/2λπ, où h est la constante de Planck (h = 6,626×10^-27 erg/s) et c la vitesse de la lumière dans le vide (c = 2,9979·10¹⁰ cm/s).  

La gamme de longueurs d'onde des rayons X s'étend de 0,01 nm à 10 nm, ce qui correspond à une gamme d'énergies de 1 keV (103 eV) à 150 keV. Comparez cela à la gamme de longueurs d'onde de la lumière solaire visible, qui s'étend de 400 nm à 750 nm.

Le seul type connu de rayonnement électromagnétique plus énergétique que les rayons X est le rayonnement gamma (γ). Les rayons gamma sont utilisés en médecine nucléaire, où les médecins emploient un rayonnement γ d'énergies comprises entre 60 et 510 keV.

Le spectre électromagnétique, des ondes radio aux rayons γ (Crédit image : ESA).