Wilhelm Röntgen ontdekte de röntgenstralen in 1895 (waarvoor hem in 1901 de Nobelprijs werd toegekend) en opende daarmee een nieuw venster op de wereld. Op 16 januari 1896 publiceerde de New York Times een röntgenfoto van de hand van mevrouw Röntgen. Al snel stonden mensen versteld van foto's die de menselijke botstructuur lieten zien.

Al in februari 1896 werden röntgenstralen in de geneeskunde gebruikt om gebroken botten te bekijken: de eerste dergelijke waarneming, van een breuk in de arm van een patiënt, werd uitgevoerd door twee artsen aan het Dartmouth College in de VS. Al snel werden er andere toepassingen van röntgenstralen gevonden, waaronder het scannen van bagage door douanebeambten.

Afbeeldingen: links – waarneming van een breuk in februari 1896: de artsen G. en E. Frost (op de foto) waren de eersten die röntgenstralen voor medische doeleinden gebruikten; rechts – bagagescan door Franse douanebeambten, 1897.

Röntgenstralen trokken de aandacht van veel artsen, die deze stralen vervolgens gebruikten om breuken en vreemde voorwerpen in weefsels te diagnosticeren. Aan het eind van de 19e eeuw besteedde de geneeskunde bijzondere aandacht aan de pathologie van de afzonderlijke organen. Voortdurende verbeteringen stelden artsen in staat röntgenfoto's van alle inwendige organen te maken met behulp van „contrastmiddelen” – ondoorzichtige stoffen die op röntgenfoto's zichtbaar worden. Röntgenstralen werden ook in de therapie gebruikt, bijvoorbeeld bij de behandeling van huidziekten. Men besefte echter al snel dat voor dit soort therapie straling van hogere energie nodig was.

Röntgenstralen kwamen pas echt tot hun recht tijdens de Eerste Wereldoorlog. Marie Curie zette samen met haar dochter Irène een netwerk van medisch-radiologische centra op om de diagnose van breuken en longziekten bij soldaten te verbeteren. Daarnaast reden er talrijke gespecialiseerde voertuigen met röntgenapparatuur (de zogeheten “Les Petites Curies”) over de slagvelden. Marie Curie schreef hierover een boek: “Radiologie in oorlogstijd” (1921).

Röntgenstralen zijn een vorm van elektromagnetische straling. Ze worden kunstmatig opgewekt in een kathodebuis, waarin een hete kathode elektronen uitzendt die vervolgens door een hoge spanning worden versneld, met hoge snelheid op een metalen trefplaat botsen en zo „onzichtbare stralen” voortbrengen.

Deze stralen zijn deels het gevolg van de fluorescentie die in de atomen van het metaal wordt opgewekt, en deels van het zogenoemde remstralingseffect (Bremsstrahlung) . Dit laatste treedt op als gevolg van de snelle richtingsveranderingen van de elektronen in de buurt van de atoomkernen van het metaal.
Röntgenstralen kunnen ook ontstaan wanneer het oorspronkelijke elektron met hoge energie een van de elektronen uit een binnenste elektronenschil wegslaat. Een elektron met hogere energie valt dan terug naar de binnenste schil om het gat op te vullen en zendt zijn overtollige energie uit in de vorm van een röntgenstraal.

In een röntgenbuis worden elektronen versneld tot een energie van 30 tot 150 keV en botsen ze op een wolfraamtrefplaat, die röntgenstraling produceert met energieën van 1 eV tot 150 keV, met een maximale intensiteit daartussenin en twee pieken bij 59 en 67 keV (dit zijn de elektronenovergangen in de wolfraamatomen). Voor medische toepassingen worden om veiligheidsredenen lagere röntgenenergieën gebruikt. Terwijl 20 keV een typische energie is voor opnamen van zacht weefsel, bijvoorbeeld mammografieën, worden voor hard weefsel zoals bot hogere energieën (rond 150 keV) gebruikt.

Men maakt zich vaak zorgen over de stralingsbelasting bij medische röntgenonderzoeken. Toch wordt iedereen zijn hele leven blootgesteld aan natuurlijke stralingsbronnen: kosmische straling, radon in de atmosfeer, bodem en gesteente, en zelfs voedsel en water.

Het loont de moeite deze bijdragen te vergelijken:

Bron	Equivalente dosis
Röntgenfoto van de borstkas	100 μSv
Een jaar wonen in een gebouw van steen, baksteen of beton	70 μSv
Vlucht van Londen naar New York	40 μSv
Gemiddelde dagelijkse natuurlijke achtergronddosis	10 μSv
Tandheelkundige röntgenfoto	5 μSv
Eén banaan eten	0,1 μSv

Zoals u ziet, stelt zelfs het eten van een banaan iemand bloot aan een stralingsdosis. De belangrijkste bron daarvan is kalium, dat in de natuur voor 0,0117 % bestaat uit de instabiele isotoop ⁴⁰K.

Elke vorm van elektromagnetische straling wordt gekenmerkt door een golflengte (λ) of, gelijkwaardig, door een energie (E = hc/2λπ, waarbij h de constante van Planck is (h = 6,626×10^-27 erg/s) en c de lichtsnelheid in vacuüm (c = 2,9979·10¹⁰ cm/s).  

Het golflengtebereik van röntgenstraling ligt tussen 0,01 nm en 10 nm, wat overeenkomt met een energiebereik van 1 keV (103 eV) tot 150 keV. Vergelijk dit met het golflengtebereik van zichtbaar zonlicht, dat loopt van 400 nm tot 750 nm.

De enige bekende vorm van elektromagnetische straling met meer energie dan röntgenstraling is gammastraling (γ). Gammastralen worden gebruikt in de nucleaire geneeskunde, waar artsen γ-straling met energieën tussen 60 en 510 keV toepassen.

Het elektromagnetische spectrum, van radiogolven tot γ-stralen (Beeld: ESA).