科学家希望探索并了解原⼦，尤其是原⼦结构。我们现在知道原⼦是由⼀个微⼩的、带正电荷的核⼦和围绕核的带负电荷的 电⼦云组成。原⼦核仅为整个原⼦⼤⼩的⼗万分之⼀，但却占到了原⼦的⼏乎全部质量。

原⼦核通常是由质⼦和中⼦组成的粒⼦簇，粒子彼此紧紧依附在一起。质⼦带⼀个正电荷，中⼦不带电荷。化学元素是由该种元素原⼦中的质⼦数确定的（如硼原⼦有5个质⼦，铀原⼦有92个质⼦）。具有相同质⼦数、不同中⼦数的元素称为同位素 

（如铀-235和铀-238的差别就在于它们的核⼦中相差3个中⼦）。完整的原⼦通常既不带正电荷也不带负电荷，因为带正电荷数的质子数与带负电荷数的电子数相同。

⾃然界中有些原⼦是稳定的，⽽其他原⼦则是不稳定的。不稳定原⼦核⾃发转变，以辐射的形式释放能量，含有不稳定核的原⼦称为放射性核素。释放的能量可以与其他原⼦相互作用，并使后者电离。电离是原⼦通过获得或失去电⼦⽽导致其带正电荷

或负电荷的过程。电离辐射带有⾜够的能量撞击电⼦使其脱离电⼦轨道，从⽽产⽣带电原⼦，称为离⼦。发射两个质⼦和两个中⼦的过程称为α衰变，发射电⼦的衰变称为β衰变。通常，不稳定核素往往处于激发态，发射粒⼦后仍不⾜以平静下来。然后以电磁波形式释放能量，这种辐射称为Υ射线。X射线也是电磁辐射，与Υ射线⼀样，但是光⼦能量较低。当由阴极发射出的电⼦束轰击被称为阳极的靶材料时，在由玻璃制成的真空管中就产⽣具有不同能量的X射线谱。X射线谱取决于阳极材料和电⼦束的加速能量。因此当需要时，X射线可以由⼈⼯精确地产⽣，这⾮常有利于⼯业和医学上的应⽤。