前几天问了实习同学一个问题，X射线是如何产生的，他们都基本回答出来了：阴极灯丝发射电子轰击阳极靶，产生了X射线。随后我又追问他们，为什么电子轰击阳极靶就会产生射线？为什么球管内部要真空环境呢？为什么产生的射线能谱是多能的呢？为什么X射线的发生效率如此低呢？他们就一脸懵逼了，其实有些问题在书上就有介绍，有些则是仔细想一下就能想通，只是大家通常只是为了考试而背的知识点，只知其然不知其所以然，这次尝试用自己的语言解释一下其中原理，如有偏颇之处欢迎批评指正。
再回顾下X射线的产生过程：
阴极灯丝在通电情况下被加热到一定温度后会在灯丝周围释放出电子，此时在球管的阴阳极上施加强电压后，由于强电场的作用，电子会由阴极撞向阳极，轰击在阳极靶面上，与阳极靶发生作用，不足1%的能量转化为X射线，其余能量全部转化为热能而散发出去。
而由于空气中的各种气体分子和原子会阻挡电子向阳极运动，并产生气体放电，所以需要将球管内部抽真空。
那电子撞击到阳极靶上之后发生了什么呢？
这些部分书上有些书上有介绍，有些则略去了，我个人感觉略去并不好，理论需要原理去帮助理解，略去之后就只记得概念，而不知道概念的原理了。
电子撞击到阳极靶上之后发生的作用比较多，咱们简化一下，基本分为三种。
大家应该都知道，原子由原子核与核外电子组成，而核外电子又有内层轨道电子和外层轨道电子之分。
这三种作用就分别是与靶原子的外层电子、内层电子和原子核的作用，咱们一一来说：
一、与靶原子外层电子发生的作用：
主要是碰撞损失，电子与靶原子外层电子发生碰撞，电子损失一部分能量，而原子则被激发或电离；
如果能量损失大于外层电子的电离能时，外层电子就会被电离，脱离靶原子的束缚并具有一定的动能；
如果电离出的电子能量较高，那么它其实与入射的电子没有太大区别了，一样可以与靶原子发生三种作用。
最终，电子会在不断的碰撞中能量损失殆尽，这部分的能量损失最终都变成了热量。
二、与靶原子内层电子发生的作用
此过程会产生X射线，但是是特征X线，也叫标识X线。
这个过程不难理解，如果某些高速电子的能量大于靶原子的内层轨道电子时，电子就有一定的概率将内层电子击出使之成为自由电子，而外层轨道电子就会跃迁来填补空位，外层轨道电子处于高能级，跃迁就会产生出能量为两能级之差的电磁波，也就是特征X射线。
那为什么叫它特征X线呢？因为不同的靶材料都有自己特定的X线谱，所以此射线其实表征的是靶物质的原子结构特性，所以通常把这种辐射射线称为特征X线。
三、与靶原子核发生的作用
这就是连续X线的产生方式，是重点
作用过程我觉得教材上写的很好懂，这里引用一下：
“经典的电磁学理论指出：当一个带电体在外电场中速度变化时，带电体将向外辐射电磁波。
高速电子进入原子核附近的强电场区域、然后飞离强电场区域从而完成一次电子与原子核的相互作用时，电子的速度大小和方向必然发生变化。按上述理论，电子将向外辐射电磁波而损失能量，电磁波的频率由E=hv决定。电子的这种能量辐射叫轫致辐射，这种辐射所产生的能量为hv的电磁波称为X线光子。”——来源：医学影像成像理论第2版主编：李月卿Page22
也就是说，当高速电子在经过靶原子核周围时，电子会受到靶原子核影响而损失能量改变传播方向，损失的能量以电磁波的形式释放出来，也就是X线。
但是，由于每个电子在与靶原子核发生相互作用时的能量不同，距离靶原子核的距离也不同，导致被靶原子核的强电场影响的程度也不同，所以造成由此产生的X线的频率也不相同，也就是X线的能量不同；
大量的电子与靶原子核发生作用产生了大量的不同频率的X线，共同组成了具有频率连续性的X线光谱。这就是为什么X线球管发出的射线是多能谱射线的原因了。
那么为什么X线的发生效率这么低呢，只有不到1%呢？
以下是我的个人对此的理解，如有错误欢迎指正：
产生X线的作用方式是与内层轨道电子和原子核作用，分别产生特征X线与连续X线。
众所周知，原子内原子核虽然占了原子的绝大部分质量，但是体积却非常的小，只占整个原子体积的万分之一，而内层轨道电子虽然会产生特征X线，但是有发生概率，并不是电子与靶原子的内层电子作用都会产生特征辐射，而且内层电子的所占的整个原子体积空间范围也没有那么大;
量子力学的原子模型，中间为原子核。
上面的原子模型需要说一下，中间为原子核，但是实际上原子核比这个小很多很多，原子大小直径约在10^-10米，原子核的直径约为10^-15~10^14米，也就是相差1万到10万倍;
而原子核外像云一样的颗粒指的并不是一个一个的电子，因为核外电子的运动与宏观物体运动不同，它没有确定的方向和轨迹，只能用电子云描述它在原子核外空间某处出现机会（几率）的大小。
那么高速电子与原子核和内层电子发生作用的几率肯定小的可怜，可以说绝大部分都是穿过原子核外的电子云空间与核外外层电子发生了碰撞而损失了能量，只有极少一部分电子经过了原子核或内层轨道电子附近，产生了X射线。
而之前咱们已经说过了，碰撞损失的能量全部转化成了热量，所以高速电子的能量基本都转化成了热量，只有不到1%的能量转换成了电磁波，也就是X线。
