در سال ۱۸۹۵، فیزیکدان آلمانی ویلهلم کنراد رونتگن هنگام آزمایش روی لوله‌های کاتدی، متوجه نوعی تابش ناشناخته شد که می‌توانست از مواد عبور کند و روی صفحه فلورسنت اثر بگذارد. او این پرتو ناشناخته را «X» نامید؛ نمادی برای چیزی که هنوز ماهیت آن مشخص نبود. چند هفته بعد، رونتگن نخستین تصویر رادیوگرافی تاریخ را از دست همسرش ثبت کرد؛ تصویری که استخوان‌ها و حلقه ازدواج او را نشان می‌داد. این تصویر آغازگر انقلابی در علم، پزشکی و صنعت شد. رونتگن به دلیل این کشف، در سال ۱۹۰۱ نخستین جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد. امروز، بیش از یک قرن بعد، همان کشف پایه‌ای، اساس فناوری‌های پیشرفته بازرسی صنعتی، امنیتی و پزشکی است.

تولید اشعه ایکس در دستگاه‌های مدرن، حاصل فرآیندهای فیزیکی در سطح اتمی است که انرژی الکتریکی را به فوتون‌های پرانرژی تبدیل می‌کند. دو سازوکار اصلی برای این فرآیند وجود دارد:

• تابش ترمزی
• تابش مشخصه

تابش ترمزی (Bremsstrahlung)

تابشی که ناشی از کاهش سرعت حرکت الکترونهاست. در واقع این تابش یا پرتو از کند شدن سرعت یا انحراف یک ذره باردار سریع (معمولا الکترون) در نزدیکی هسته یک اتم شکل می گیرد. اشعه ایکس همیشه از یک منبع مشخص و ثابت نمی‌آید. یکی از اصلی‌ترین راه‌های تولید آن، پدیده‌ای به نام Bremsstrahlung است.

تصور کنید الکترون‌هایی با سرعت فوق‌العاده زیاد به سمت هسته‌ی اتم‌های سنگینِ موجود در آند (هدف) حرکت می‌کنند. با نزدیک شدن به میدان قدرتمند هسته، این الکترون‌ها منحرف شده و سرعتشان به شدت کم می‌شود (مانند ترمز ناگهانی یک خودرو).

این کاهش ناگهانی سرعت الکترون‌ها باعث می‌شود بخشی از انرژی جنبشی آن‌ها به صورت فوتون‌های اشعه ایکس با انرژی‌های متفاوت و پیوسته (Continuous Spectrum) آزاد شود. شدت این تابش و پراکندگی انرژی فوتون‌ها، به شدت به ولتاژ اعمال شده به تیوب (kVp) بستگی دارد؛ هرچه ولتاژ بالاتر باشد، الکترون‌ها پرانرژی‌ترند و فوتون‌های پرانرژی‌تری تولید می‌شود.

این مکانیزم، نقش غالب را در تولید اشعه ایکس در کاربردهای صنعتی و امنیتی (مثل دستگاه‌های بازرسی X-ray فرودگاهی) ایفا می‌کند.

تابش مشخصه (Characteristic Radiation)

دومین مکانیزم کلیدی در تولید اشعه ایکس، Characteristic Radiation  است. این پدیده کاملاً به ساختار اتمی ماده‌ی هدف (آند) وابسته است و انرژی فوتون‌های تولید شده، مشخص و گسسته (Discrete Peaks) است.

تابش مشخصه چطور اتفاق می‌افتد؟ زمانیکه  یک الکترون پرانرژیِ ورودی به اتم هدف، با الکترون‌های لایه‌های داخلی (مدارهای نزدیک به هسته) برخورد کرده و یکی از آن‌ها را بیرون می‌اندازد سبب ایجاد یک “جای خالی” در لایه داخلی ایجاد می‌شود. بلافاصله، الکترونی از لایه‌های بالایی (با انرژی بیشتر) به سمت این جای خالی سقوط می‌کند تا آن را پر کند. درست در لحظه این انتقال، اختلاف انرژی بین دو لایه، به صورت یک فوتون اشعه ایکس با انرژی دقیق و ثابت آزاد می‌شود.

این انرژی دقیق، مانند یک “امضا” یا “مشخصه” برای هر عنصر شیمیایی است (مثلاً تنگستن، مولیبدن، یا رودیوم) به شمار می رود و به همین دلیل به آن تابش مشخصه می‌گویند. این پدیده در تصویربرداری پزشکی، به ویژه در تعیین دقیق جزئیات بافت‌ها، اهمیت بالایی دارد.