| 19世紀初頭に発明された電池によって電気分解などの研究が盛んに行われ，イオンの存在も明らかとなりました。19世紀後半には，周期表がほぼ完成し，原子量についての理解も進んでいましたが，原子の構造については未解明でした。 |
気体中の電気伝導である放電の研究は，電子の発見へとつながりました。イギリスのＭ．ファラデーは，1836年，ガラス管の両端に電極を封入し，真空に排気してから放電を行うと，管内が紫色に輝くことを観察しました。これを受けてドイツの物理学者Ｊ．プリュッカーは，Ｈ．ガイスラーと共同で真空ポンプと放電管を改良し，1/10000気圧程度の真空で実験を行った結果，1859年，ガラス壁の一部が緑色の蛍光（フルオレセンス）を発し，蛍光の位置は磁石を近付けると移動することが観察されました。
次いでプリュッカーの門下のＷ．ヒットルフは，1869年，ガラス壁の蛍光部と陰極の間に衝立を置くと，ガラス壁にその影が映ることを見出し，この研究を引き継いだドイツのＥ．ゴルトシュタインは，1876年にそれを「陰極線」と名付けました。
陰極線の正体について，イギリスの科学者たちは，陰極線が磁場によって曲げられることを重視し，液体中の電気伝導をイオンが担っているように，陰極線は気体中の電気伝導を担う荷電粒子の流れであると考えました。例えばＷ．クルックスは，「クルックス管」を発明し，陰極線が物質粒子から成ると推定しました。クルックスは，陰極線管の近くに置いた写真フィルムの感光にも気付いていますが，その原因が陰極線にあるとは考えず，処分し忘れていた古いフィルムだったからと思い込んでいました。
クルックス管
出典：Popular Science Monthly Volume 48, p773より
”PSM V48 D855 Crookes tubes.jpg”
ライセンスはPD（WIKIMEDIA COMMONSより）
一方，電磁波を発見したドイツのＨ．ヘルツらは，陰極線も一種の電磁波であると考えました。ヘルツは，1892年に陰極線が金属薄膜を貫通することを見付け，その門下のＰ．レナルトは，1894年に真空放電管にアルミニウムの窓を取り付けることによって陰極線を放電管外に取り出すことに成功し，その性質を研究しました。しかし，ヘルツもレナルトも陰極線をエーテルの現象と解釈しました。エーテルは，古くから空間を満たす物質と考えられ，四元素（地・水・火・風）に次ぐ第五の元素とも考えられました。17世紀にはオランダのＣ．ホイヘンスが光の媒質として仮定し，後に電磁場の媒質とされましたが，その存在は相対性理論（1905年）によって否定されました。
イギリスの物理学者Ｊ．トムソンは，1895年，陰極線の速さが光速の約1/2000であることを示し，フランスのＪ．ペランは，陰極線を金属箱に集め，箱を負に帯電させました。こうしたことは，陰極線が電磁波であれば起こり得ないことですが，ヘルツの主張が覆されるのはＸ線の発見まで持ち越されました。
同じ頃アメリカではＴ．エジソンが，白熱電球の改良の過程で陰極を加熱すると荷電粒子が出て陽極との間に電流が流れる熱電子放出（エジソン効果）を発見し（1884年），放電管に蛍光物質を塗って蛍光灯を発明しました。ドイツでは，Ｊ．エルスターが1889年に放電管の陰極に光を当てると電流が生じる光電効果を見出しました。これらのことから陰極線から放出されているのは負の荷電粒子であることが次第に解ってきました。
レントゲンからベクレルへ
ドイツのＷ．レントゲン（⇒レントゲニウム（Rg）についてはココをクリック）は，クルックスやレナルトの実験を追試する過程で，陰極線がガラス管の壁に当たるとガラスが緑色の蛍光を発し，ある種の化合物によっても蛍光が出ることに注目しました。冷光（ルミネセンス）の現象に興味をもったレントゲンは，1895年の秋から本格的に実験を行いました。11月８日夕刻，冷光現象をより鮮明に見ようと，レントゲンは陰極線管を紙に包んで外光を遮ってから動作させ，シアン化白金バリウム（Ba[Pt(CN)４]）を塗った紙が発した蛍光を観察しました。
シアン化白金バリウムは冷光を示す物質で，その紙はガラス管から１ｍほど離れた所に置かれていました。当初彼は，陰極線管の被い方が不完全で，陰極線が漏れ出たのではと考えました。しかし，陰極線は大気圧下では数㎝しか透過しないことが分かっており，１ｍも離れた所に蛍光が現れたことから，陰極線以外の何かが発生しているとしか考えられませんでした。
陰極線管から放出された何かが被いの紙を透過したと考えたレントゲンは，その光路に厚さの異なる物体を置いて写真乾板に撮像すると，異なる透明度の像が得られました。そして記念すべき12月22日，夫人アンナの左手を置いて撮影したところ，手の骨と指輪が現れたのです。
最初のレントゲン写真
出典：Wilhelm Röntgenによる”First medical X-ray by Wilhelm Röntgen of his wife Anna Bertha Ludwig’s hand – 18951222.jpg”ライセンスはPD
（WIKIMEDIA COMMONSより）
こうして，陰極線が物質に衝突すると新たな放射線が生じることが理解され，彼は，その性質と本体が不明であったことから「Ｘ線」と名付けました。第一論文『新しい型の放射線について』（1895年12月発表）にはＸ線の基本的な性質が報告されました。翌年Ｘ線の発見について講演し，その際には実験撮影が行われました。今度はスイスの解剖学者Ｒ．ケリカーの手の写真が撮られました。レントゲンは，論文の中で驚きを次のように表現しています。━「全て物体は，程度はそれぞれかなり違うものの，このＸ線に対して透明である。紙は透明そのものである。約千頁もの書物の陰で，蛍光スクリーンは鮮やかに輝いた。（中略）分厚い木の固まりも同じく透明であって，２，３㎝の松の板の吸収はわずかであった。」
Ｘ線への関心は科学者たちに広がり，多く研究成果が発表されました。レントゲンは，1895年末に同僚に宛てて論文の別刷を送り，それを受け取った一人であるフランスのＪ．ポアンカレは，アカデミーの例会で資料として回覧しました。例会に出席していたＡ．ベクレルは，父が蛍光を研究していたこともあり，レントゲンの研究に興味をもちました。ベクレルは，蛍光と放射線との間に何らかの関係が潜むと考え，蛍光物質からＸ線が出ているのではないかと考えました。
1896年，ベクレルは，写真フィルムを黒い紙に包み，その上に蛍光を発する物質としてウランの化合物を載せて日光のもとに置きました。黒い紙は日光を通さないのに写真フィルムは感光したことから，ベクレルはウラン塩が蛍光を発するときにＸ線が出たのでは，と考えました。
ベクレルは，日光を当てたウラン鉱石から出る放射線で写真乾板を感光させることも確認し，次なる実験を計画しました。しかし，曇天が続いていたため，彼はひき抽出しに写真乾板とウラン化合物を一緒に入れて晴天の日が来るのを待ちました。晴天を待ちきれずに数日後に抽出しの中の乾板を現像したところ，そのフィルムは先の実験と同じように感光していました。また，ウラン化合物と写真乾板との間に硬貨を置くと，硬貨の影が残りました。ここに至ってウラン化合物は絶えず放射線を出していることが判ったのです。
ベクレルがウラン化合物から発見した放射線は「ベクレル線」と呼ばれましたが，Ｘ線による骨の写真ほどには鮮明な像が得られなかったので，それほど注目されませんでした。しかしベクレルの発見はキュリー夫妻（マリーとピエール）に受け継がれ，ベクレルと夫妻は1903年のノーベル賞を分かち合ったのです。
Ｘ線の透過性は身体の各部で異なります。軟組織は容易に透過しますが，骨では大部分が遮られます。このことから，身体を透過したＸ線は，写真フィルムに様々な諧調の像をつくります。アメリカでは，レントゲンの発見のニュースが伝わったわずか４日後，足に食い込んだ銃弾の位置を知るのに応用され，1900年のパリ万国博覧会にはレントゲン検査装置が出展されました。
レントゲン車，α線，β線が図案化されたフランス・500㌵紙幣
出典：Monnaie de Paris (banknote), European Central Bank (photograph)による
”FRA-500f-anv.jpg”ライセンスはPD（WIKIMEDIA COMMONSより）
Ｘ線の本質と放射線の単位
Ｘ線の本質については，磁石では曲げられない性質と強い透過力から，陰極線とは別のものであることが明らかでした。1896年，Ｘ線に気体の電離作用を発見したトムソンによって，陰極線の正体が高速微粒子の流れであり，これらの粒子は原子よりもかなり小さいことが示されました。また，同じ年，ドイツのＥ．ヴィーヘルトとイギリスのＧ．ストークスは，陰極線の荷電粒子が放電管壁で急に止められたとき，周囲に電磁場の変動を来して生じた電磁波がＸ線であるとの解釈を提出しました。1904年，イギリスのＣ．バークラによってＸ線の偏光がつくり出されると，Ｘ線が電磁波であることはほぼ確定的となりました。次いで1912年，Ｍ．ラウエらが結晶によるＸ線の回折現象を見出したことから，Ｘ線は光と同じ電磁波であって，周波数が大きい点が違うだけであると確認されました。
放射線の単位には歴史的に種々のものが用いられてきました。それらとＳＩ（国際単位系）との関連を以下にまとめます。
レントゲン[Ｒ]： ガイガー計数管の測定対象は放射線の量で，通常は毎分のカウント数（ｃｐｍ，counts per minite）です。この場合，金属円筒中の不活性ガスに侵入した放射線が電離せしめた気体分子が検知されます。放射線の到達量を表す単位の最初はレントゲン[Ｒ]で，1928年と1931年にＸ線の発見者に敬意を表して名付けられました。１Ｒは，Ｘ線またはγ線が０℃，１気圧の乾燥空気１㎤において１CGS-esu（静電単位，ＳＩでは2.58×10-4Ｃ/㎏）の正負イオン対を生じさせる線量のことです。
キュリー[Ci]： １Ciは毎秒3.7×1010個の原子崩壊を起こす放射性物質の量です。この単位の定義は，1950年頃を境にして変わりました。それ以前の定義では，１Ciは１ｇのラジウム（Ra）が出す放射能のことでしたが，その後多くの放射性物質が人工的につくり出され，ラジウムに限定しない定義へと拡張されました。ＳＩでは，毎秒１回崩壊する放射能の強さを１ベクレル[Bq]としており，１Ci＝3.7×1010Bqです。
ラド[rad]，レム[rem]： ラド（röntgen absorbed dose）は，放射線の吸収線量を表す単位で，被照射体が１㎏あたり0.01Ｊのエネルギーを吸収する場合を１radとします。ＳＩでは，物質１kgあたり１Ｊのエネルギー吸収を基準としてグレイ[Gy]で表され，１Gy＝100 radです。
レム（röntgen equivalent man）は，吸収線量を生物への影響によって測った線量当量の単位です。生物体への放射線の影響は放射線の種類（Ｘ線，α線，β線など）によって異なるので，それらを全てＸ線による場合に換算し，Ｘ線の１radと同等の生物学的影響をもつ吸収線量が１remです。ＳＩではシーベルト[Sv]が用いられ，１Sv＝100 remです。
参考文献
「レントゲン先生の生涯」瀬木嘉一著（新聞月報社，1965年）
「Ｘ線の発見者 レントゲンの生涯」Ｗ．ニツスキー著，山崎岐男訳（考古堂，1989年）
「放射線防護の父 シーベルトの生涯」ワインバーガー著，山崎岐男訳（考古堂，1994年）
「孤高の科学者 Ｗ．Ｃ．レントゲン」山崎岐男著（医療科学社，1995年）
「レントゲンとＸ線の発見 近代科学の扉を開いた人」青柳泰司著（恒星社厚生閣，2000年）
「グレイの生涯 放射線生物学のパイオニア」山崎岐男訳（考古堂，2000年）
「国際単位系 国際文書第８版（2006）安心・安全を支える世界共通のものさし」産業技術総合研究所計量標準総合センター訳編（日本規格協会，2007年）
「単位の成り立ち」西條敏美著（恒星社厚生閣，2009年）
園部利彦
最新記事 by 園部利彦 (全て見る)
- ウラン（Ｕ）－Ｘ線を出すことが判った元素 - 2026年11月9日
- ウラン（Ｕ）－鉱物とガラスの美しさを演出する元素 - 2026年9月18日
- 銅（Cu）・金（Au）－秤と錘と分銅の歴史 - 2026年7月27日