高压X射线三维成像实验方法研究

Experimental method for study the evolutionary behavior of defects or micro-structures inside material under different high pressure, and the way to get 3D distribution of different parts including different chemical elements under high pressure, have become the urgent need in the scientific field of high pressure. Because x-ray imaging technique can give the 3D distribution of micro-structure and different chemical parts inside materials, we are trying to combine the x-ray imaging technique with high pressure technique to develop an experimental method for x-ray imaging under the condition of high pressure. This project will first study the technique of using multi-capillary lens to improve signal to noise ratio of image collected under high pressure. For three dimensional high pressure imaging, we can only get the projections within limited angle due to the mechanical structure of diamond anvil cell (DAC). The algorithm to acquire precise reconstructed results with the limited projections, and the experimental technique of high pressure spectroscopic imaging, will also be studied in this project. The experimental method for high pressure x-ray imaging, which will provide a new tool for the field of high pressure, will be finally developed based on these experimental techniques.

对高压下材料内部杂质、缺陷等微细结构在不同压力下的演变过程开展研究，以及获取高压下材料内部含不同元素组分的空间分布及电子结构信息，是高压科学领域科研人员的重要需求。基于X射线成像可以获取样品内部结构信息和含不同元素组分的空间分布信息的特点，本项目拟将X射线成像技术和高压技术相结合，探索利用多毛细管聚焦镜实现高压装置中获取高信噪比成像信号的实验技术，开展对高压三维成像有限角度投影数据的精确重建算法研究和高压X射线谱学成像实验技术研究，最终建立高压X射线成像实验方法，为在高压条件下研究晶态或非晶态材料内部微细结构的演变过程及含不同元素组分的具有空间分布特性的电子局域结构信息提供新的表征手段，在X射线成像实验方法研究方面做出创新的研究工作。

伴随着成像实验技术的发展，X射线成像在高压科学领域的应用逐渐引起了人们的关注。相关领域科研人员不断尝试把成像和高压技术相结合来开展研究工作。本项目的主要目的即是在北京同步辐射装置（BSRF）上把X射线成像和高压技术结合来建立高压成像实验方法，为相关研究人员提供新的研究手段。.本项目研究过程中，首先针对三个方面的技术开展了研究工作，分别是高压吸收谱学成像技术、高压成像DAC装置研制和高压三维成像数据重建算法等研究工作。其中，吸收谱学成像方法学研究内容已经作为重要组成部分申请国家发明专利；所设计的成像DAC装置可是实现最高160度的投影角度范围，已经实现近50万大气压的成像实验压力，且还有进一步提高实验压力的余地；重建算法的研究内容已经最为重要内容之一例如课题组编写的图像重建软件DEIReconstructor中。. 在此基础上，项目组基于BSRF现有条件建立了高分辨的高压成像实验方法，并开展了相应的高压三维成像应用实验探索工作。实验结果显示，基于成像实验获得的样品P/V曲线和使用传统高压衍射实验获得的P/V曲线一致。但是，成像方法还可以看到样品内部孔隙等结构随压力的变化情况，这是衍射方法无法获得的。. 本项目研究建立的高压X射线三维成像实验方法将成为研究材料高压特性的有力工具，尤其是针对高压衍射方法受到局限的非晶或无定形物质领域，提供了高压特性研究的重要工具。