同步辐射X射线光斑信息对扫描相干衍射成像的影晌

本文采用拓展重叠关联迭代引擎算法,系统地模拟研究了x射线光斑尺寸、扫描点数及波前形貌对扫描相干衍射成像重建图像质量的影响。结果表明,在实际入射光斑尺寸不易确定时,算法中初始猜测光斑尺寸可以由模拟入射光斑最大光强值的1％对应边界确定。对物体进行扫描时,入射光斑个数大于7×7且重叠度优于70％可以重建出较好的图像。入射光斑的振幅和位相分布对重建图像质量也有着显著影响。     

基于X射线相干衍射成像的元素分布成像

基于上海光源软X射线谱学显微线站的特点和相干X射线衍射成像(CDI)技术,对软X射线相干衍射成像方法的一个重要应用:元素分布成像及含量分析进行了模拟研究。推导了CDI相比双能分析算法并进行了理论模拟,估算了能够分辨的最小物质含量,并分析了CDI实验噪声等因素对元素分布成像的影响。所得结果可对软X射线CDI的实际应用提供理论指导。     

动量加速方法提高层叠衍射成像的质量

X射线层叠衍射成像技术(Ptychography)所采用的图像重建迭代算法是一种传统的梯度下降算法。该算法从一组猜测函数开始,实验中探测到的正确信息被不断代入循环迭代中来修正猜测函数,最终达到收敛。这种算法存在一个问题就是容易出现收敛停滞的现象,也就是所谓的陷入局域最小值。造成这种现象出现的原因是局域最小值附近的梯度极小导致梯度下降的幅度极小。为了解决这一问题,最近"动量"这一概念被引入Ptychography算法中,产生了动量加速层叠衍射迭代引擎(momentum Ptychographical Iterative Engine,mPIE)算法。加入"动量"相当于给迭代重建过程赋予了"惯性"性质,当前梯度下降的幅度不仅由当前梯度决定,还会受到之前变化的幅度影响。所以即便是在梯度极小的局域最小值附近,目标函数仍然可以跳出停滞,继续变小。为了验证"动量"的引入对图像重建的提升效果,详细比较了动量mPIE算法和传统的拓展层叠衍射迭代引擎(extending Ptychographical Iterative Engine,e PIE)算法对同一套扫描相干衍射成像实验数据的重建图像质量。重建结果表明:相对于传统重建算法,动量加速算法可以获得更好的图像重建质量。     

衍射增强成像的若干基础问题研究Ⅰ.衍射增强成像的衬度与X射线能量的关系

为了探讨X射线衍射增强成像的衬度与X射线能量的关系,利用北京同步辐射光源4W1A光束线引出的硬X射线对大块正常和癌变的乳腺组织进行成像研究.在摇摆曲线顶部位置获得的图像(峰位图像)和表观吸收图像的衬度随X射线能量的变化关系是相似的,说明峰位图像和表观吸收图像包含的主要衬度相似,即吸收衬度,而折射图像的衬度随X射线能量的增大总体上呈现下降趋势.综合来看,对于乳腺类的软组织来说,DEI成像在低能量端有很好的衬度,反映了衍射增强成像更适合于主要由轻元素组成的物体的成像.     

利用混合态分解算法提高重叠关联成像的质量

X射线重叠关联成像技术所采用的常规相位恢复迭代算法均把入射光视为完全相干的单色光(即单态入射光),把样品视为稳定平衡的(即单态样品),把实验过程中成像系统内所有光学元器件的响应视为固定不变的。然而在实际实验中,上述三个条件很难得到同时保证。在非理想的实验条件下,任何单态条件发生变化或者出现多重态混合,其造成的退相干效应均会使衍射图样变得模糊,严重降低利用单态相位恢复迭代算法获得的重建图像质量。为了消除各种来源的混合态效应的负面影响,本文利用多模式拓展重叠关联迭代引擎算法(Mm-e PIE)和子像素上采样拓展重叠关联迭代引擎算法(Us-e PIE)这两种不同的混合态分解算法对实验数据进行处理。重建结果表明,不同来源的混合态效应(退相干效应)的分解结果在重建探针函数和重建样品函数中均得到了体现,两种混合态分解算法均能够显著改善重建图像的质量。其中多模式算法Mm-e PIE在消除入射探针的非相干效应方面更胜一筹。     

用于大尺寸样品的同步辐射硬X射线衍射增强成像方法研究

作为 X 射线相衬成像的方法之一,衍射增强成像方法由于能获得较高的信噪比及分辨率而引起了人们的研究兴趣。北京同步辐射装置(BSRF)形貌学实验站也开展了该方法的探索研究。此前的衍射增强成像方法中,当白光 X 射线光束横截面尺寸为 20 mm×10 mm 时,经过双晶单色器后最大只能获得横截面尺寸为20 mm×4 mm 的均匀单色 X 射线,从而造成成像区域减小。在对通常衍射增强成像光路排列分析的基础上,提出了一种新的光学排列几何并进行了衍射增强实验。应用新光学排列几何首次获得了与入射白光 X 射线尺寸相当的、大的成像光斑均匀区域,因而新光学排列几何更适合于大尺寸样品的研究工作。同时,该光学排列几何成像分辨率可以达到微米量级并且更方便于实验操作。     

基于透镜耦合的X射线成像探测器闪烁体厚度对成像质量的影响

闪烁体是同步辐射X射线成像探测器的重要组成部分,它将入射X射线转换为可见光,再由可见光成像探测器接收成像。闪烁体的厚度对成像的空间分辨率、图像衬度有较大的影响,选取合适的厚度的闪烁体,与探测器物镜(数值孔径)及X射线能量等实验条件达到最理想的匹配,将有助于获得高质量的X射线成像结果。但目前上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)用户在开展X射线成像实验时,基本都未考虑到闪烁体厚度对成像质量影响的这个因素,难以获得最佳图像质量的实验结果。本文先根据理论的分辨率曲线预测了探测器各个镜头的闪烁体的最佳匹配厚度,并利用上海光源成像线站(BL13W1)配备的PCO2000探测器以及不同厚度的YAG闪烁体进行了实验验证,经过对实验结果的图像衬度进行分析,获得了探测器各个物镜镜头的最佳匹配闪烁体厚度,实验结果与理论预测值基本相符,这将为上海光源成像线站基于透镜耦合的X射线成像探测器的高效使用提供指导。     

同步辐射X射线衍射研究短链DNA/磷脂多层膜的结构

应用同步辐射低角X射线衍射研究由短链DNA/磷脂在固体表面形成的复合多层膜结构.将DNA/磷脂混合溶液(DOTAP/DOPC混合磷脂,其中Φ_(DOTAP)定义为DOTAP在混合磷脂中的质量百分比)浇铸在经过亲水处理的表面上,在溶剂蒸发过程中自组装形成高度有序的多层膜结构.按DNA骨架上所带负电荷的数目与DOTAP所带正电荷数目相等的比例制备一系列具有不同Φ_(DOTAP)值的样品.实验结果表明,随着DNA含量的增加,多层膜先后出现DNA贫瘠相和DNA富集相.在DNA贫瘠相中,DNA分子被包埋在磷脂分子的亲水头中;而在DNA富集相中,DNA分子紧密排列在磷脂的亲水头层间.并且详细分析了DNA/磷脂多层膜出现DNA贫瘠相和DNA富集相以及产生相变的原因.     

充Xe多丝室中Xe 的KX射线对成像性能影响的MC模拟

对不同能量（20－100keV)的X射线在充3个大气压Xe的多丝室中与Xe原子相互作用的过程进行了蒙特卡罗模拟研究，讨论康普顿散射和Xe的特征X射线对高气压丝室的定位性能的影响，并通过对低密度试模成像的模拟，观察KX射线在高气压丝室中引起的图象畸变，同时提出了一种对特征KX射线和散射线引起的图象畸变的修正方法。