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1、穿透作用 穿透作用是指X射線通過物質時不被吸收的能力。X射線能穿透一般可見光所不能透過的物質。可見光因其波長較長，光子其有的能量很小，當射到物體上時，一部分被反射，大部分為物質所吸收，不能透過物體；而X射線則不然，因其波長短，能量大，照在物質上時，僅一部分被物質所吸收，大部分經由原子間隙而透過，表現出很強的穿透能力。X射線穿透物質的能力與X射線光子的能量有關，X射線的波長越短，光子的能量越大，穿透力越強。X射線的穿透力也與物質密度有關，密度大的物質，對X射線的吸收多，透過少；密度小者，吸收少，透過多。利用差別吸收這種性質可以把密度不同的骨骼、肌肉、脂肪等軟組織區分開來。這正是X射線透視和攝影的物理基礎。
2、電離作用 物質受X射線照射時，使核外電子脫離原子軌道，這種作用叫電離作用。在光電效應和散射過程中，出現光電子和反沖電子脫離其原子的過程叫一次電離，這些光電子或反沖電子在行進中又和其它原子碰撞，使被擊原子逸出電子叫二次電離。在固體和液體中。電離后的正、負離子將很快復合，不易收集。但在氣體中的忘離電荷卻很容易收集起來，利用電離電荷的多少可測定X射線的照射量：X射線測量儀器正是根據這個原理制成的。由于電離作用，使氣體能夠導電；某些物質可以發生化學反應；在有機體內可以誘發各種生物效應。電離作用是X射線損傷和治療的基礎。
3、熒光作用 由于X射線波長很短，因此是不可見的。但它照射到某些化合物如磷、鉑氰化鋇、硫化鋅鎘、鎢酸鈣等時，由于電離或激發使原子處于激發狀態，原子回到基態過程中，由于價電子的能級躍遷而輻射出可見光或紫外線，這就是熒光。X射線使物質發生熒光的作用叫熒光作用。熒光強弱與X射線量成正比。這種作用是X射線應用于透視的基礎。在X射線診斷工作中利用這種熒光作用可制成熒光屏，增感屏，影像增強器中的輸入屏等。熒光屏用作透視時觀察X射線通過人體組織的影像，增感屏用作攝影時增強膠片的感光量。
4、熱作用物質所吸收的X射線能，大部分被轉變成熱能，使物體溫度升高，這就是熱作用。
5、干涉、衍射、反射、折射作用這些作用與可見光一樣。在X射線顯微鏡、波長測定和物質結構分析中都得到應用。
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