作为一位谨慎的研究者，伦琴当时感受到的是新的、尚未经历过的东西；他希望在提出“完美无暇的结果”之后才去享受这突如其来的幸福，像伦琴后来所说的那样，这突然降临到他头上的“伟大的命运” 。
在七个星期之内，这位科学家独自在自己的实验室里研究新的射线及其特性，为了排除视力的错觉，他利用感光板把他在光屏上观察到的现象记录下来，他甚至吩咐给他把饮食带到研究所去，并在那里安放了一张床铺，以便无须中断利用仪器、特别是利用水银空气泵进行的研究工作 。
1895年12月22日晚上，他说服他的夫人充当实验对象，当他夫人的手放在荧光屏后时，她简直不敢相信，荧光屏上这只有戒指和骨骼毕露的造影就是她自己的手，这种实验对伦琴夫人，也像以后对许多人一样，仿佛产生了一种死亡的征兆 。
伦琴深信他的观察是证据确凿的，他确信自己已发现了一种新的神秘射线；1895年12月28日，他给维尔茨堡物理学医学学会递交了一份认真、简洁的通讯，题目为《一种新的射线，初步报告》 。那时的伦琴对这种射线是什么确实不了解，这就是他在第一个通报中按代数上的未知数符号“X”命名的原因 。
伦琴在发现这种射线后说道：“起初，当我做这个穿透性射线的发现时，它是这样奇异而惊人，我必须一而再、再而三地做同一实验，以使绝对地肯定它的实验存在，除去实验室中这个奇怪观象之外，别的我什么也不知道 。它是事实还是幻影？我在怀疑和希望之间弄得精疲力尽，也不想让其它思想干扰我的实验” 。
1896年年初，伦琴把他的新发现公之于众，立即引起了巨大的轰动，其反应之强烈，影响之迅速，实为科学史上罕见 。
所有研究机构的物理学家都开始仿造伦琴的实验设备，抓紧时间重复他的实验，伦琴陆续收到了威廉·汤姆生、斯托克斯(Stokes)、彭加勒(Poincaré)、寇尔劳士、玻尔兹曼(Boltzmonn)等著名科学家的来信，这些热情洋溢的信都赞扬他为科学做出了极大的贡献 。
伦琴曾是科学“普及”的反对者，他担心科学成就将庸俗化；由于这个原因，他自己从未向广大听众作出通俗普及的报导或报告 。
1896年1月23日，伦琴在他的研究所举行了第一次也是唯一的一次公开报告会，在这次的报告会上，伦琴请求用X射线拍摄维尔茨堡大学著名解剖学家克利克尔(K?llicker)的一只手，克利克尔欣然地同意了这个请求，过了片刻，拍好的干板经过显影以后显示出一位八十岁老人形状优美的手骨，这时全场响起了暴风雨般的掌声，克利克尔立即建议把这种射线命名为“伦琴射线” 。
同年9月举行的大英科学促进协会年会上，协会主席李斯脱(Lister)提出“按首先明确地向世界揭示它们的人命名” 。后来，著名物理学家罗兰认为：“应该把`伦琴射线'和`X射线'的名称并用”，这就形成了现在两种名称混用的原因，同时把X射线(或γ辐射)的照射剂量的单位称为“伦琴” 。
伦琴的这次报告引起了人们广泛的注意，报告印刷成的单行本在以后若干星期内出版了五次；它还被译成了英文、法文、意大利文和俄文 。
1895年12月28日伦琴把《关于一种新的射线》为题的论文送交威茨堡物理学会和医学协会会长手里，他以严密的文笔，将7个星期的研究结果，写成16个专题 。这年正是伦琴50年华诞 。这是他为人类奉献的一份最珍贵的礼物 。
次年1月5日论文副本在《维也纳日报》星期版的头版头条作了详细的报道 。这一伟大的发现立即传遍了全世界 。1月13日下午5时，伦琴应邀在德皇威廉二世和皇后御前作讲演和表演，德皇与他共进晚餐并授予二级宝冠勋章和勋位，并批准在波茨坦桥旁为他建立塑像的荣誉 。
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