[发明专利]基于闪光X光机的超快X射线衍射成像方法及系统

权利要求书

1.基于闪光X光机的超快X射线衍射成像系统，包括闪光X光机、衍射调节子系统、探测器子系统及辅助调节子系统；

所述闪光X光机包括闪光X射线二极管；

所述衍射调节子系统包括前准直器及衍射角度调节器，所述前准直器用于调节X射线的发散度，所述衍射角度调节器用于支撑及调节待测晶体与入射X射线间的角度；

所述探测器子系统采用面阵探测器，实时记录衍射图像，用于冲击压缩过程中晶体晶格间距变化的分析；

所述辅助调节子系统包括直流X光机及计数型探测器，所述直流X光机用于发射X射线，所述计数型探测器用于实时记录经晶体衍射后的X射线光子数，直流X光机及计数型探测器配合衍射角度调节器确定特征X射线所对应待测晶体精确衍射角；

所述衍射调节子系统还包括X射线聚焦透镜，所述X射线聚焦透镜与闪光X射线二极管直接连接；其特征在于：

所述衍射调节子系统还包括设置在待测晶体衍射光线上的后准直器，所述后准直器用于减小散射本底对于成像结果的影响。

2.根据权利要求1所述的基于闪光X光机的超快X射线衍射成像系统，其特征在于：

所述闪光X射线二极管包括阳极、阴极及窗口，所述阳极的头部为圆锥状，锥角为30度；所述阴极与窗口平行设置，所述阴极的中心设置有中心孔，所述窗口的中心设置有铍窗；所述阳极的头部垂直中心孔正对出射窗口；

所述阳极的顶端与阴极之间的间距为0.75mm，所述阴极与铍靶之间的距离为28mm，所述窗口的厚度为2mm，所述铍窗的直径为10mm，所述铍窗的厚度为100um。

3.根据权利要求2所述的基于闪光X光机的超快X射线衍射成像系统，其特征在于：所述衍射角度调节器包括旋转台及晶体支架；

所述晶体支架包括骨架、玻璃碳板及压板，所述骨架上设置有晶体安装窗口，所述安装窗口的外侧设置有玻璃碳板安装槽，所述玻璃碳板安装槽的外侧设置有压板，通过压板与骨架的固定使得晶体与玻璃碳板相对于骨架的位置固定；

所述骨架安装在旋转台上方，旋转台中心处在骨架轴线上。

4.基于权利要求1或2或3所述的X射线衍射成像系统的成像方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)根据待测晶体的晶格参数选取合适的闪光X射线二极管阳极材料及电压参数；

2)确定入射X射线的发散度及成像系统几何参数，成像系统几何参数包括前准直器参数、前准直器到晶体中心距离及晶体中心到面阵探测器的距离；

3)利用直流X光机和计数型探测器，通过衍射调节子系统旋转待测晶体，确定选定阳极材料的特征X射线所对应待测晶体精确衍射角；

4)在确定待测晶体的精确衍射角之后，将衍射调节子系统与闪光X光机组装，探测器调节机构与面阵探测器子系统连接，建立闪光X射线衍射成像系统；根据闪光X光机及探测器的测量延时及抖动，确定系统同步参数；

5)触发闪光X光机获取超快X射线衍射图像；

6)对得到的衍射图像进行衍射峰提取分析，扣除散射本底的影响，获得衍射峰的峰位及半宽特征信息；利用衍射峰信号及系统的几何参数即可获得纳秒时间尺度的材料结构测量。

5.基于权利要求4所述的X射线衍射成像系统的成像方法，其特征在于：

步骤3)具体如下：

3.1)根据步骤2)的成像系统几何参数确定前准直器、衍射角度调节器及探测器调节机构的相对位置，调整前准直器中心及衍射晶体中心的相对垂直位置，由它们的中心连线确定光路轴线；

3.2)调节衍射角度调节器的旋转台，使得前准直器的光轴与待测晶体表面法线重合；在此基础上，继续旋转衍射角度调节器使晶体表面与光轴的夹角处于计算衍射角附近，此时晶体表面与光轴的夹角为初始衍射角；

3.3)确定待测晶体的精确衍射角：

探测器调节机构与计数型探测器连接；设置直流X光机输出能量为选定阳极材料的特征X射线能量，设置衍射角度调节器的初始扫描步长；

调节衍射角度在初始衍射角附近一定范围内，按确定的初始扫描步长扫描，实时观察计数型探测器读数，寻找读数最大值；

寻找到的读数最大值即特征线能量衍射强度最强，对应的晶体位置为最终确定的衍射位置。