Apa itu sinar-X? Bagaimana bisa ia menembus bahan-bahan tertentu?

Sinar-X pada hakikatnya “bersaudara” dengan cahaya tampak. Yaitu cahaya yang menyebabkan kita dapat melihat sekeliling kita. Mereka adalah bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik dan kita tahu bahwa gelombang elektromagnetik ini terdiri atas paket-paket energi yang disebut foton. perbedaan antara sinar-X dengan cahaya tampak terletak pada energi foton yang menyusunnya, dan energi foton ini berkaitan dengan panjang gelombangnya. Energi foton sinar-X lebih besar dibandingkan energi foton cahaya tampak. Karena energi foton berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya, maka bisa dikatakan bahwa panjang gelombang foton sinar-X lebih pendek dibandingkan panjang gelombang foton cahaya tampak. Sayang sekali mata kita hanya mampu menangkap panjang gelombang tertentu yang kebetulan panjang gelombang tersebut hanya dimiliki oleh cahaya tampak sehingga kita tidak mampu melihat sinar-X itu.
Baik foton sinar-X maupun foton cahaya tampak, keduanya dihasilkan oleh perpindahan elektron dalam atom. Kita tahu bahwa elektron menempati tingkat-tingkat energi tertentu, yang kita sebut orbital, di sekeliling inti atomnya. Jika sebuah elektron jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, maka elektron ini harus mengeluarkan sejumlah energi tertentu, dan energi ini dilepaskan dalam bentuk foton. Besar energi foton yang terlepas bergantung pada seberapa dalam orbit yang dituju elektron tersebut.

Pada saat sebuah foton menumbuk atom lain, atom yang ditumbuk akan menyerap energi foton yang menumbuknya dan memicu sebuah elektron dalam atom tersebut untuk bergerak ke orbit yang lebih tinggi. Satu syarat yang harus dipenuhi untuk hal itu, yaitu energi foton yang menumbuk atom harus sama dengan selisih antara dua orbit elektron. Jika tidak demikian, foton tersebut tidak mampu menggeser elektron atom itu.



Atom-atom kulit tubuh kita menyerap foton cahaya tampak dengan sangat baik. Energi yang dimiliki oleh foton cahaya tampak tersebut klop dengan selisih tingkat energi antar atom-atom penyusun kulit kita. Untuk jenis gelombang elektromagnetik lain, misalnya gelombang radio energi yang dimiliki oleh foton-fotonnya tidak mencukupi untuk dapat membuat elektron atom tubuh berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Itulah sebabnya gelombang radio akan menembus hampir semua material. Sinar-X juga mampu menembus banyak material (bahan) tetapi bukan karena energi yang dimilikinya kurang, melainkan karena energi yang dimiliki oleh foton-fotonnya justru sangat besar. Energi foton sinar-X bahkan bisa menyebabkan elektron atom terlempar keluar dari atom. Beberapa energi dari foton sinar-X dapat memisahkan elektron dari atom, dan sisanya menyebabkan elektron melayang di udara. Atom yang lebih besar lebih mudah menyerap foton sinar-X, karena atom yang lebih besar tersebut memiliki selisih tingkat-tingkat energi yang lebih besar pula. Sedangkan atom-atom yang lebih kecil, dimana selisih antara tingkat-tingkat energi elektronnya (orbit) kecil, lebih sulit menyerap sinar-X; yang berarti lebih mudah ditembus sinar-X.
Lapisan kulit kita yang lunak tersusun atas atom-atom yang kecil, sehingga tidak dapat menyerap sinar-X atau meneruskan sinar-X dengan baik. Atom-atom kalsium yang merupakan atom penyusun tulang kita memiliki atom yang jauh lebih besar sehingga atom-atom tersebut menyerap sinar-X sehingga tulang sulit ditembus sinar-X. Untuk menggunakan sinar-X dalam melakukan foto Rontgen dalam bidang kedokteran, diperlukan alat pemancar sinar-X.