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12月22日，倫琴把妻子安娜領進實驗室，讓她把手放到用黑紙包嚴的感光底片上，用X射線照射了15分鐘。
顯影之後，相片上清晰地顯出指骨和手指上戴著的結婚戒指。
他妻子看了之後充滿不安和疑懼，好象看到了死亡的標記——骷髏。
現在我們知道，她的恐懼並非完全沒有理由，因為X射線的過度照射的確會殺死細胞和挫傷生機。
完成了關於X射線的一系列實驗之後，在1895年12月28日，倫琴向維爾茨堡的物理學和醫學學會遞交了他的第一篇論文《論一種新的射線》。
1896年1月1日，倫琴影印了幾張X射線相片送給他的朋友和同事們。
1月4日，瓦爾堡把這樣的相片帶到柏林物理學會為紀念該學會成立五十週年而開辦的展覽會上。
1月5日，維也納的報紙率先報道了這個發現。
新聞不脛而走，不到幾天就傳遍了全世界。各地的物理學家和民眾大為吃驚，激動異常。許多人急急忙忙買克魯克斯管和感應圈重複倫琴的實驗。
倫琴發現X射線是獨具慧眼的。在他之前，已經不止一人接觸過這種射線：
克魯克斯曾在1879年抱怨放在他的陰極射線管附近的照相底片出現模糊的陰影；1890年，美國的古德斯皮德和詹寧斯在費城注意到在演示克魯克斯管以後，照相底片變得特別黑。
但是他們都因沒有繼續追究，而坐失良機。
倫琴受工程師培訓的初期和當孔脫助手的那些年，由於缺乏實驗裝置，使他養成了親自動手做實驗裝置的良好習慣。
他把物理實驗看成是抽象理論的真正來源。
實驗時聚精會神，不受任何事情干擾。他細緻嚴謹，有敏銳的觀察力。
平時沉默寡言，很少拋頭露面，養成了勤奮閱讀科技書籍的習慣，使他能夠及時掌握物理學發展的動態。
這些就是他獲得成功的基本保證。
從此，榮譽接踵而來。
1896年1月13日，倫琴在被德國皇家召見時，向凱瑟皇帝和朝廷表演了X射線的效應，立刻被授予二等普魯士王冠勳章。
接著，維爾茨堡大學授予他榮譽醫學博士學位，他的誕生地授予他倫內普榮譽市民的稱號，柏林科學院和慕尼黑科學院選他為通訊院士。
1896年11月30日，倫敦皇家學會授予他朗福德勳章；1900年，哥倫比亞大學授予他巴納德勳章；柏林的波茨坦橋上樹起了他的塑像；1901年授予他首屆諾貝爾物理學獎金。
倫琴品德高尚，對榮譽和金錢極為冷漠。
1901年12月10日去瑞典領取諾貝爾獎金時，他謝絕了在授獎典禮上做演講和許多邀請，很快便回到了德國。
回到德國乒，把5萬瑞典克朗的全部獎金送給了維爾茨堡大學，用於發展科學研究，自己分文未留。
一些商人對製造X光機也發生很大興趣，認為是發財的好機會。
德國最有名的AEG電業公司派人拜訪倫琴，請求倫琴把專利權讓給該公司，並答應付給相當高的代價。
但是，倫琴自己既不申請專利，也不求經濟報酬，毫無保留地把X射線技術公之於世。
幾個月之後，X光機即陸續問世，為現代科學提供了一種新的研究手段，廣泛用於光電效應研究、晶體結構分析、金屬組織檢驗、光譜頻段開拓、材料無損探傷及人體疾病的透視與治療等方面。
1905年4月30日，為了紀念倫琴發現X射線十週年，一批科學家在柏林舉行一次“倫琴大會”，邀請倫琴為大會的榮譽來賓。
但他不高興用他的名字命名大會，因而沒有出席。這個大會在5月2日透過了成立倫琴學會的決議。
X射線的正式名字是維爾茨堡大學提議的，叫“倫琴射線”，以表示對倫琴的尊敬和紀念。
自1900年之後，倫琴接受德國政府的敦請，離開維爾茨堡大學，去慕尼黑物理研究所擔任所長和教授。
由於行政事務繁忙，從1900年到1921年，他只發表了7篇論文，主要是研究晶體的物理性質的。
倫琴的朋友寫到他時說：“他的傑出性格是絕對的誠實和無私的廉潔；他無論從何種意義上說都或許是十九世紀偉大理想的體現；他投身於科學而從未懷疑科學的價值；他敞開思想準備接受任何新的觀念和事實……”
倫琴的晚年是不幸的，一方面，第一次世界大戰帶給他貧困的陰影，另一方面，妻子安娜在長期患病後於1919年先他而死去。他在給朋友的一封信中寫道：“龐大無邊的孤獨沉重地壓倒了我……”
1920年，他辭去職務，在靠近慕尼黑的魏爾海姆度過晚年生活。在短期患病後，倫琴於1923年2月10日在德國慕尼黑去世。
