新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）研究人员公布了一种产生“水窗”波长X射线的新方法，相关成果有望推动生物成像用X射线设备向更小型、更灵活的方向发展。

“水窗”X射线因能够在无需染色或可能造成损伤的样品制备条件下，以较高对比度呈现生物细胞结构而被广泛用于生物成像。不过，现有部分台式设备只能在固定能量范围内产生辐射；当研究需要不同能量的X射线以提高图像对比度时，往往需要配置更多设备。即便如此，这类装置仍难以覆盖“水窗”范围内的完整能量谱。

与此同时，能够灵活输出不同能量X射线的单一设备也已存在，但通常依赖同步加速器。同步加速器成本高、体积庞大（据研究人员描述，其尺寸可大到相当于一栋房子），使得多数研究人员难以获得使用条件。

据介绍，由南洋理工大学电子电气工程学院副教授黄良杰带领的团队，使用厚度为10至170纳米的石墨薄片，在台式设备中展示了产生不同能量“水窗”X射线的实现路径。研究论文已发表于《自然光子学》。

研究团队还表示，通过改变入射到石墨薄片的电子束能量，并调整石墨薄片的倾斜角度，可对产生的X射线能量进行精确调节。

为实现上述可调控输出，研究人员建立了一个能够精确考虑电子在晶体材料中散射过程的理论框架，并在此基础上提出了电子轰击晶体产生X射线的基本尺度定律，随后进行了预测与实验验证。