自由电子与物质的相干相互作用：面向可调谐紧凑型X射线源的探索
应用物理
2026-01-30 v1 光学
摘要
紧凑型实验室级X射线源仍依赖于100多年前X射线管所基于的基本原理。近年来，大量研究和开发集中在大型X射线源，如同步辐射和自由电子激光器，从而实现了高亮度相干X射线的产生。然而，这些源的大型尺寸和高昂成本阻碍了其广泛应用。寻求紧凑型且相干的X射线源的目标长期是现代物理学的关键课题，近年来因工业应用和基础科学研究的需求而获得了进一步重要性。本文综述了支配紧凑型相干X射线发生机制的物理原理。当前值得关注的是晶体材料中自由电子的周期性相互作用，通过称为参数X射线辐射 (PXR) 的机制产生硬X射线。过去十年间，利用这一机制开发的X射线源已展示出业界最先进的可调谐性、方向性和广阔空间相干性，使其在紧凑尺度上实现X射线相位对比成像。未来几年预计将实现紧凑型X射线源的显著微型化，这得益于电子束技术的进步。本综述比较了用于硬X射线发生的最有前景的机制，将参数X射线辐射与逆康普顿散射和来自液态喷嘴阳极的特征辐射进行对比。我们涵盖了最新进展，包括新材料的开发、创新几何设计和专业优化技术，旨在实现紧凑尺度下的适用于医学成像和X射线光谱学的X射线通量水平。
引用
@article{arxiv.2412.15775,
title = {Coherent Interactions of Free Electrons and Matter: Toward Tunable Compact X-ray Sources},
author = {Amnon Balanov and Alexey Gorlach and Vladimir Baryshevsky and Ilya Feranchuk and Hideo Nitta and Yasushi Hayakawa and Alexander Shchagin and Yuichi Takabayashi and Yaron Danon and Liang Jie Wong and Ido Kaminer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.15775},
year = {2026}
}