X射线的发现过程，是一个充满偶然性的故事。
1895年，在德国中部的巴伐利亚，伦琴博士正在进行有关密封玻璃管里的发光现象的试验：在装有两个电极的真空玻璃管（雷钠管）电极上进行加上高电压的实验。
这项实验本身并不新鲜，是当时的科学家都知道的，一加高电压，管内就要发光。但是为什么发光，当时还是一个谜。1895年11月8日下午，伦琴和夫人吃完了饭，回到实验室来，要再次观察雷钠管的发光现象。他从架子上拿了一只雷钠管，用黑色纸套把它严严实实地包了起来。
接着，他关上门窗，把房间弄黑，然后给管子接通高压电源，让管子放电，以便检查黑色纸套是否漏光。正当他准备开始正式实验时，突然发现一种奇异的现象：附近的小工作台上有一块涂了氰亚铂酸钡的纸板发出一片明亮的荧光。
切断电源，荧光也随之消失了。伦琴发现这一现象后，又仔细观察了产生这种现象的原因，他让一系列放电通过阴极射线管，结果纸板上出现了同样的闪光。他确信，纸板发出的荧光，不可能是阴极射线形成的，因为阴极射线的能量连几厘米以上的空气都穿不透，而雷钠管离小工作台有两米多远，阴极射线是无法穿越这样长的距离的。
于是，伦琴又把纸板移开，换上照相胶版，结果胶版感光了。接着，他又在雷钠管和照相底板之间放上几种东西：钥匙、猎枪。令人惊奇的是，就连钥匙和猎枪金属部分的细小之处都清清楚楚地照出来了。
这真是一个惊人的发现。接着，伦琴又让他的夫人把手放在雷钠管和胶版中间，结果，夫人手上的每块骨头以及手上戴的戒指都照出来了。
从那天起，伦琴就住在了实验室，夜以继日地进行着研究试验，终于在1895年12月28日发表了研究报告。1896年1月5日，关于X射线的重大报道在维也纳日报上刊出，立即引起全世界的注意。
在美国报道此事4天之后，就有人用X射线发现了患者脚上的子弹。X射线很快就进入了医学领域。当时英国一位着名外科医生托马斯·亨利称之为“诊断史上的一个最大的里程碑”。
1901年，伦琴由于发现X射线的贡献，获得了诺贝尔物理学奖。
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