[发明专利]处理X射线衍射数据的技术

说明书

提供了一种处理X射线衍射数据的计算机实现的方法，其中X射线衍射数据由配置为检测待研究样品的衍射X射线束的X射线检测器提供。该方法包括：在样品相对于入射X射线束旋转时从X射线检测器获取X射线衍射数据；从获取的X射线衍射数据中生成2D图像帧，其中生成的2D图像帧包括表示样品特定旋转位置的X射线衍射数据的2D图像数据，X射线衍射数据包括样品相关的X射线数据和背景数据；对于生成的2D图像帧，将样品相关的X射线衍射数据与背景数据区分开；将生成的2D图像帧的区分后的样品相关X射线衍射数据映射到单个3D倒易空间；以及使3D倒易空间与映射后的X射线衍射数据在显示屏上可视化。还提供了一种实现上述方法的装置和X射线设备。

技术领域

本发明一般地涉及X射线分析领域。更具体地，本发明涉及处理X射线衍射数据的方法和装置。

背景技术

X射线分析技术(例如X射线衍射)已经越来越流行，因为它们采用了对样品的无损分析。例如，X射线衍射已经变成用于研究晶体样品、多晶样品或粉末样品的特性的基础性实验技术之一。

待研究样品的X射线衍射的一般原理如下。X射线源生成X射线束(例如单色X射线束或多色X射线束)。通过对应的X射线光学器件将生成的X射线束进行准直和引导至待研究的样品上。样品上的入射束被样品的晶格点阵衍射。在满足布拉格(Bragg)条件的入射角处(也就是，在期望会从样本的晶格点阵中发生相干散射的角度处)产生衍射束。衍射束被平面的、分段的或弯曲的二维X射线检测器(简称2D X射线检测器)检测到并使用适当的成像技术可视化。衍射束形成用于表征待研究样品的晶体结构特点的图案。该图案可以用于推导出样品的结构特性，例如晶格点阵结构、点阵对称性、点阵畸变、中间层的存在、超点阵结构、孪晶等。

为了获得全部的图案信息，在X射线衍射过程中将样品旋转，并且通过2D X射线检测器连续地测量衍射束的强度。使用适当的成像处理算法使获取的强度信息可视化。在实践中，通过在旋转样品的同时生成一系列连续的二维(2D)图像来执行图案的可视化。通过比较图像序列的2D图像，可以推导出晶格点阵结构的特性。然而，在一系列2D静态图像中呈现衍射图案也具有一些缺点。仪器(特别是以检测器表面的形式)的几何结构会使衍射束在图像上的位置失真，并且当晶体旋转穿过射线束的布拉格衍射条件时，束通常呈现于几个连续的图像上。这使得难以清楚地观察整体数据并且难以直观地评估结晶质量。伪影特征、弱漫射特征或孪晶可能会在数据分析中被遗漏。而且，仅能在获得了足够数量的2D图像并且将其相互比较之后才可以研究待研究样品的结构特性。

因此，需要一种改进的X射线检测技术，其克服了标准检测技术中所公知的上述问题。特别地，需要一种X射线检测技术，其允许更精准且快速地确定结晶样品的晶体结构特性。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种用于处理X射线衍射数据的计算机可实现的方法，其中，X射线衍射数据由X射线检测器提供，X射线检测器构造成检测待研究样品的衍射X射线束。该方法包括以下步骤：(a)在样品相对于入射X射线束旋转时，获取来自X射线检测器的X射线衍射数据；(b)从获取的X射线衍射数据中生成二维(2D)图像帧，其中，生成的2D图像帧包括表示样品的特定旋转位置的X射线衍射数据的2D图像数据，X射线衍射数据包括样品相关X射线数据和背景数据；(c)针对生成的2D图像帧，将样品相关X射线衍射数据与背景数据区分开；(d)将所生成的2D图像帧的区分后的样品相关X射线衍射数据映射到三维(3D)倒易空间中；以及(e)将3D倒易空间与映射后的X射线衍射数据可视化在显示屏上。

3D倒易空间为动量空间(或K空间)。样品的倒易点阵可以从3D倒易点阵中映射且可视化的X射线衍射数据(衍射的X射线束)推导出。