קרינת X נתגלתה ע"י רנטגן בשנת 1895. הקרינה נתגלתה במקרה כאשר עבדו עם שפופרת אלקטרונים במתח גבוה. התכונה הבולטת של קרינת X הייתה שהקרינה חדרה חומרים שונים ולכן השימוש העיקרי בקרינה היה כדי לראות חלקים פנימיים של מערכות כולל גוף האדם. השימוש הידוע כיום בציבור הרחב הוא השימוש לצרכים של איבחון רפואית אך שימוש לא פחות נרחב הוא במכשירים מדעיים שונים. באוניברסיטה, בבית החולים הווטרינרי קיימים מכשירי X לשימוש רפואי אך רוב המכשירים שיש באוניברסיטה מיועדים לצורכי מחקר מדעי לא רפואי.

מבחינה היסטורית הרי שבסמוך לגילוי קרינת X נתגלתה גם קרינת g השמות X ו g- ניתנו לקרינות עוד לפני שידעו משהו על תכונותיהם. רק מאוחר יותר התגלה ששני סוגי הקרינה הם בעצם קרינה אלקטרומגנטית כך שקרינת X וקרינת גמא באותה אנרגיה הן קרינות זהות. כיום ההבדל בשם מציין רק הבדל במקור הקרינה ולא הבדל בתכונות מהותיות.

קרינת גמא נפלטת כתוצאה של ירידה של גרעינים של חומרים לא יציבים ברמות אנרגיה כך שקרינת גמא נחשבת לקרינה שמקורה בגרעין של האטום. קרינת X לעומת זאת נפלטת כתוצאה מתהליכים שמחוץ לגרעין האטום. באופן עקרוני קיימות שתי צורות שונות לקבלת קרינת X : הראשונה היא כתוצאה מירידה של אלקטרונים ברמות אנרגיה בתוך האטום (קרינה אופינית) והשנייה כתוצאה מבלימה/איבוד אנרגיה של חלקיקים טעונים. הדרך השניה היא זאת שמנוצלת במכשירים לשימוש רפואי ולשימוש מדעי.

בשרטוט אנו רואים אלקטרון שהואץ עובר בקרבת השדה החשמלי של גרעין כבד כמו טונגסטן (שבגרעין שלו 74 פרוטונים) כתוצאה מהשפעת השדה האלקטרון מואט ומשנה את כיוון תנועתו כלומר מאבד אנרגיה. האנרגיה הזאת נפלטת כקרינת X.

נהוג לקרוא לקרינה זו קרינת בלימה ( Bremsstrahlung) היות והאלקטרון נבלם בתהליך פליטת האנרגיה. באופן תיאורטי אלקטרון כזה יכול לאבד את כל האנרגיה שלו שתהפוך לקרינת X.

באופן מעשי האלקטרון מאבד בדרך זאת רק חלק מהאנרגיה שלו. מאפיין חשוב של קרינת X המתקבלת בדרך זאת הוא שאנו מקבלים קרינת X באנרגיה רציפה. כלומר טווח של אנרגיות ולא באנרגיה בדידה.

במכשירים שבהם אנו עוסקים מתקבלת קרינת X כתוצאה מהתהליך שתואר. אנו מאיצים במכשיר אלקטרונים במתח גבוה ומפציצים בהם מטרה עשויה מחומר כבד שגורמת לבלימת האלקטרונים ולקבלת קרינת X.

כאמור הדרך הנוספת לקבלת קרינת X היא כתוצאה של ירידת אלקטרונים ברמת אנרגיה בתוך האטום. קרינת X המתקבלת בדרך זאת היא בדידה ואופיינית לכל אטום בהתאם להפרשים ברמות האנרגיה בקליפות השונות של האטום.

קיימים כמה דרכים שבהם אפשר לגרום לאלקטרונים לרדת ברמות אנרגיה. בכל הדרכים מדובר בשלב הראשון בהוצאה של אלקטרון אחד מהאטום מאחת הקליפות. המקום הפנוי יתמלא ע"י ירידה של אלקטרון מרמה גבוהה יותר ופליטת קרינת X.

ראינו שקרינה רדיואקטיבית מאופיינת כקרינה מייננת כלומר קרינה שמסוגלת לגרום להוצאת אלקטרונים מהאטום. קיים תהליך של הפיכה פנימית (Internal Conversion) שבו קרינת גמא שנפלטת מהגרעין גורמת להוצאת אלקטרון מאחת הקליפות הפנימיות וכתוצאה מכך ירידה של אלקטרונים ופליטת קרינת X. תהליך אחר הוא תהליך של תפיסת אלקטרון.(Electron Capture) בתהליך זה אלקטרון מקליפה פנימית נתפס ע"י גרעין האטום ונקבל ירידה של אלקטרונים ברמות אנרגיה ופליטת קרינת X.

בשני המקרים התוצאה היא קרינת X בדידה ובאנרגיה נמוכה.

מקור אלקטרונים - פילמנט עשוי טונגסטן שמחומם ע"י הזרם החשמלי לטמפרטורה של כ 2000C° . בטמפרטורה כזו נוצרה פליטה מסיבית של אלקטרונים. הזרם שאנו מודדים במכשיר הוא זרם האלקטרונים שזורם בשפופרת כאשר :

1mA=6.25x10²⁵ electrons/sec

ספק מתח גבוה - מספק מתח גבוה לצורך יצירת שדה חשמלי שבו יואצו האלקטרונים וירכשו אנרגיה. האנרגיה של האלקטרונים מתאימה למתח האצה, כך שאם יש לנו מתח של kV 80אנו מדברים על אלקטרונים באנרגיה של 80 Kev.

מטרה - האלקטרונים מפציצים מטרה שעשויה מטונגסטן. היות ורק חלק מהאנרגיה של האלקטרונים הופך לקרינת X נוצר במטרה חום רב. ולכן חובה לספק אמצעי לקירור המטרה. יחס ההמרה של אנרגית האלקטרון לאנרגיית קרינת X הוא נמוך יחסית ולהלן נוסחה מקורבת :

x 10 ^-3 משקל אטומי של המטרה x אנרגיית האלקטרון = אנרגיית קרינת X.

בדרך כלל מרבית קרינת ה - X תתקבל באנרגיה של כ 0.3 x המתח מרבי.

פילטר - קרינת X נוצרת באנרגיה רציפה שלא מתאימה ליישום הנדרש. כדי לקבל קרינת X באנרגיה בדידה אנו משתמשים בפילטר לבליעת קרינת X הראשונית ולפליטת קרינת X משנית שנקבעת לפי החומר שממנו עשוי הפילטר. בנוסף לכך הפילטר מקטין את עוצמת הקרינה המתקבלת.

בית השפופרת - מונע פליטת קרינת X לכיוונים לא רצויים. מה שמתקבל בסופו של דבר הוא קרינת X באנרגיה בדידה שאותה אנו מנצלים לצרכינו.

באוניברסיטה קיימים מכשירים שעובדים כדיפרקטרומטרים. במכשירים אלה קרינת X פוגעת בגבישים והפיזור של הקרינה נמדד. במכשירים מסוג זה אין קרינה גלויה. מתקן הניסוי בנוי כך שאין בדרך כלל אפשרות לדליפת קרינה החוצה. סוג שונה של מכשירים הוא מכשירים שבהם עובדים עם קרן שבחלקה לפחות גלויה. מובן שבמכשיר כזה הסיכון רב יותר. בשני סוגי המכשירים משתמשים בקרן ממוקדת בקוטר קטן יחסית, באנרגיה נמוכה אך בעוצמה גדולה. יש לדעת שמדובר בקרן ישירה בעוצמה של למעלה מ 10,000 רנטגן לשנייה, בעוצמה כזאת חשיפת אצבעות או ידיים תגרום לנזק מיידי. גם לאחר שהקרינה עברה קולימציה עדיין יש בקרן עוצמה של כ500- רנטגן לדקה. בקרן המפוזרת או המשנית עוצמת הקרינה נמוכה בהרבה. במידה והדבר תלוי בנו יש להימנע ככל האפשר מתכנון וביצוע של ניסויים בהם יש קרן גלויה. במידה וחובה לעבוד עם קרן גלויה חייב להיות מיגון מתאים שימנע פיזור קרינה לסביבה .

פעולות כאלה חובה לבצע אך ורק במתח וזרם מינימאליים .

ניתן לעבוד בצורה בטוחה עם מכשירים פולטי קרינת X כל עוד שומרים על כללי הבטיחות. כלל חשוב הוא לא לבצע כל פעולה שיש בה סיכוי להימצא בתוך הקרן הישירה או המוחזרת כאשר המכשיר בפעולה.

כלל חשוב לא פחות הוא הקפדה על קיום ופעולה תקינה של אמצעי הבטיחות שמותקנים במכשיר. בכל המכשירים מותקנים מפסקים שלא מאפשרים הפעלת המכשיר ללא התקנת מתקן ניסוי על פתח הקרן. וכן מפסקים שמפסיקים את פעולת המכשיר כאשר פותחים מכסים או מיגונים. אסור בתכלית האיסור לנסות לעקוף או לבטל מפסקים אלה. בכל המקרים הידועים שבהם נגרמה חשיפה משמעותית לקרינה ממכשיר קרינת X נמצא שהמפעילים ביטלו אמצעי בטיחות או שהאמצעים לא היו תקינים.

בדיקת המכשירים בעזרת מכשיר לגילוי קרינה בתדירות גדולה ככול האפשר, גם בהפעלה שגרתית של מכשיר קרינת X ,היא אמצעי פשוט ויעיל להבטחת עבודה ללא חשיפה לקרינה. כיום לכל המכשירים שפועלים באוניברסיטה יש בהישג יד מכשיר לגילוי קרינה וחובה להשתמש בו בכל מקרה של תקלה או חשש לתקלה יש להודיע לבטיחות קרינה.

כדי לבדוק מכשיר שפולט קרינת X לדליפה אנו משתמשים במכשיר לגילוי קרינה שמבוסס על עקרון הגייגר. מכשיר כזה לא מיועד למדידת קרינת X ולכן אנו מקבלים תגובה מוגזמת אך הדבר מאפשר לנו יעילות גילוי ורגישות גדולה יותר, כאשר אין לנו עניין בבדיקה כמותית אלא איכותית בלבד (כלומר יש דליפה או אין דליפה).

יש לבדוק את מכשיר קרינת X עם כל הפעלה. במידה ונתגלה חשש לדליפת קרינה יש להפסיק מיידית את פעולת המכשיר ולהודיע לבטיחות קרינה. ניתן בעזרת מכשור מתאים למדוד ולקבוע האם מדובר בדליפה משמעותית של קרינה.

ברוב המכשירים הקיימים הגורם לדליפה ניתן לתיקון וגם אם מדדנו עוצמה לא משמעותית של קרינה עדיין חובה עלינו לדאוג לביטול הדליפה. בדרך כלל מדובר בהתקנה לא מדויקת של מתקן הניסוי. במקרים כאלה פעולה פשוטה של חיזוק בורג או הצמדה טובה יותר מונעים את דליפת הקרינה. במכשירים בהם לא ניתן לתקן את הגורם לדליפה יש אפשרות לשים מיגון מתאים. בגלל האנרגיה הנמוכה של קרינת X קל לעצור אותה. כמה מילימטרים של עופרת יספיקו. בכל מקרה המיגון יותקן רק לאחר אישור ובדיקה של טכנאי בטיחות קרינה ורק לאחר שנבדק ונמצא שאין כל דרך אחרת להפסיק את דליפת הקרינה.

בכניסה לכל חדר שבו מוצב מכשיר קרינת X מותקן שלט אזהרה מואר. חובה להדליק את השלט לפני הפעלת המכשיר. בעקרון אין טעם לעמוד בצמוד למכשיר בזמן פעולתו. אך מאידך אין להפקיר את החדר כאשר המכשיר פועל, יש להימצא בקרבת החדר או לנעול אותו.

כמו כל מתקן תעשייתי או מעבדתי אחר יש בהפעלה ובשימוש במכשירים פולטי קרינת X סיכון, הקפדה על עבודה בהתאם לנוהלים שנקבעו תבטיח למרות הסיכון הקיים עבודה בטוחה ללא כל פגיעה בעובדים.