Fada Guan, Makoto Asai, Dirk A. Bartkoski, Michael Kleckner, Ze'ev Harel, Mohammad Salehpour

       根据量子力学，任何一个粒子或是量子都具有波粒二象性。X射线在晶体结构中展现出来的衍射现象就是光子具有波动性的一个例子。布拉格衍射（也称布拉格反射）是一种特殊的X射线衍射现象。1913年被英国物理学家William Lawrence Bragg 和他的父亲William Henry Bragg发现。他们的原创工作很快就在探测晶体内部结构领域取得了重大成果，并获得了1915年诺贝尔物理学奖。然而，X射线衍射这样重要的物理过程，并没有集成在当今国际上流行的蒙特卡罗粒子物理模拟工具集Geant4中。

      本文第一作者关发达博士是Geant4电磁物理工作组成员，近期开始负责X射线在晶体中布拉格反射的开发。第二作者浅井诚 (Makoto Asai) 博士是Geant4国际合作组的前全球负责人和发言人。第一阶段的工作展示了平板晶体几何结构中X射线的原有标准物理过程，如光电效应和康普顿散射等依然被保留。当满足布拉格定律时，X射线还会在晶体表面和内部表现出类似于镜面反射的布拉格反射现象。目前该部分代码尚未集成在Geant4的发行版本中，处于内部测试阶段。布拉格衍射现象不仅在探测晶体内部结构中有重要的应用，并且可以扩展到精准放疗领域。美国MD Anderson癌症中心和以色列医疗公司Convergent R.N.R利用X射线在晶体中的布拉格反射现象，合作开发了X射线聚焦透镜，该透镜在治疗颅内肿瘤领域具有巨大的潜力。

       聚焦透镜的Geant4蒙特卡罗模拟工作计划在今年年底完成。敬请期待！

      本文的图8展示了在硅晶体中5个蒙特卡罗模拟的光子历史。光子（1）在晶体的前表面经历了布拉格反射。光子（2）在晶体内部经历了多次前表面和后表面的布拉格反射。光子（3）直接穿越晶体，没有经历任何的物理相互作用。光子（4）经历了一个康普顿散射过程。光子（5）经历了一个光电效应过程。