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— 整理：林晃巖教授、卓真禾 —

圖1、不同X射線源的電子速度velectron和相對論參數γ的縮放。實驗室X射線源（管）是使用非相對論電子；而現代同步加速器輻射設備則是使用強相對論電子。在他們的研究中，Shentcis及其同事使用中等相對論電子在凡得瓦材料內部誘導PXR和CBS。Ephoton是X射線光子能量，c是光速。

這種X射線研究設備的數量在全世界正在增長，化學家、生物學家、物理學家、考古學家和藝術科學家使用位於儲存環周圍的專門實驗站進行研究。然而，強的輻射是少見且昂貴的。

現今，Shentcis及其同事在《自然光子學》（Nature Photonics）上報導說，特殊的凡得瓦材料也可以用於產生60 keV和300 keV之間相對較低電子能量的參量X射線輻射（PXR）和同調制動輻射（CBS），這是由透射電子顯微鏡產生的。

von Weizsäcker和Williams於1934年首次考量（參考文獻2,3），當加速的帶電粒子在晶體內部傳播時，PXR和CBS會被激發。Überall在1956年提出了一種實現實驗室規模同調X射線源的方法（參考文獻4），他發表了相對論電子通過完美晶體的結果。在那種情況下，電子的波長短於晶體的晶格間距。由於電子與晶格的周期性相互作用，所產生的CBS的干擾會在原子平面預定的某些方向上發生（參考文獻5）。相反地，如果粒子要穿過非晶體的材料，則X射線的發射會發生在開口為1/γ的圓錐體中，其中相對論參數γ = 1/√(1 − v_electron²/c²)，v_electron是電子速度，c是光速。輻射將被部分準直，並且發射角和發射的光子能量之間存在相關性。該輻射的性質取決於目標的晶體結構參數。

當電子通過晶體且電子的電場激發束縛電子和晶格原子的原子核使它們振動時，可以發射同調輻射PXR，像是1971年提出的那樣（參考文獻5）。PXR的特性是空間同調性和可調的窄能量帶寬。能量可以透過晶體取向和電子能量來調節。在1985年，PXR可由100 MeV加速器產生，平均電流為3 μA，產生的光子在4 keV和34 keV之間，取決於在0.2毫米厚的矽晶體中使用不同的原子平面。

由於晶體內輻射的干擾，光子在開口角度為1/γ的圓錐體內發射。這種X射線源已經用於同調X射線成像。儘管如此，除了PXR和CBS之外，相對論電子與晶體靶內部電子和原子核的庫侖場之間的非同調電子散射也產生了強大的背景輻射。

在他們的研究中，Shentcis及其同事可以透過改變入射電子能量或透過調整凡德瓦材料結構的組成來控制光子能量。他們使用固態檢測器去記錄X射線光譜。在那些光譜中，檢測到了PXR和CBS。測量光譜與模擬光譜的比較顯示出極好的一致性。

相對低能量的相對論電子的自由電子移動，是個產生在0.6 keV至1.2 keV範圍內同調X射線的有趣方式。由於決定X射線源尺寸的電子源尺寸較小，因此對於脈衝輻射，估計的亮度為109個光子mrad⁻²mm⁻²s⁻¹0.001 BW⁻¹（其中BW是頻寬 ）（參考文獻1）

Shentcis及其同事的發現具有未來的應用。首先，所觀察到的X射線的頻寬很窄。其次，可以通過改變電子能量或凡得瓦力材料的原子間距來調節光子能量。同樣地，光源的尺寸可能非常小，為高解析度成像或亞微米焦點重新聚焦可當成探針創造機會。最後，定向輻射的使用使準直光束的應用更有希望。