能量选择中子照相技术的成像机制和信息提取方法研究

Bragg edge effect based energy-selective neutron imaging technique could be used for quantitative evaluation and visualization of crystalline structural information of a material, combined with neutron diffraction. The advent of energy-selective neutron imaging is expected to open a new field of neutron radiography. The Rietveld whole spectra fitting method can extract 2D distribution of crystalline structural information (grain size, texture, strain, phase, etc). The project will deeply study the physical principle and the imaging mechanism of Bragg edge effect based energy-selective neutron imaging technique. Physical model for whole imaging process will be built and optimized. Monte Carlo simulation will be used to evaluate the effect of instrumentation parameter and crystallographic structure on Bragg edge transmission spectra. Expression functions of factors will be studied as well as functions for domestic neutron imaging instrument. Neutron experiments will also be done for validation of the physical model and expression functions. The algorithm framework and refinement strategy of Rietveld whole spectra fitting method will be studied, for future software development. Therefore, the research results of this project will lay a solid theoretical and experimental foundation for the new generation neutron imaging technique, which have important academic value and broad application prospects.

基于布拉格边效应的能量选择中子照相技术通过与中子衍射技术结合，可获得丰富的物质晶体结构信息图像，成为中子照相领域中最受关注的研究方向之一。其中通过Rietveld全谱拟合信息提取方法，可同时从每个像素的中子透射能谱获取晶体结构信息（晶粒尺寸、织构、应变、晶相等）。本项目将深入研究能量选择中子照相技术的基本原理和成像机制，建立和优化反映整个成像过程的物理模型。通过蒙特卡罗模拟分析谱仪参数和物质晶体结构对透射能谱的影响，研究相关因素在物理模型中的数学表达。其中将可通过合作针对国内各中子源的谱仪，提出相应的数学表达。利用中子实验对提出的物理模型和数学表达进行验证研究。在此基础上研究Rietveld全谱拟合方法的精修策略和算法框架，为将来发展国内通用的Rietveld全谱拟合精修软件打下基础。因此，本项目的研究成果将为新一代中子成像技术奠定坚实的理论依据和实验基础，具有重要学术价值和广阔应用前景。

基于布拉格边效应的能量分辨中子成像技术，即布拉格边中子成像技术，可获得丰富的物质晶体结构信息图像，已经成为中子成像领域中最受关注的研究和应用方向之一。通过单点比较、单边拟合、Rietveld全谱拟合等信息提取方法，可从成像每个像素的中子透射能谱获取应变、晶相、晶粒尺寸、织构等晶体结构信息。本项目通过研究布拉格边中子成像的基本原理和成像机制，目前建立了反映整个成像过程的物理模型。并通过蒙特卡罗模拟分析谱仪参数和物质晶体结构对透射能谱的影响，研究相关因素在物理模型中的数学表达。同时，在中国散裂中子源（CSNS）目前开放运行的通用粉末衍射谱仪（GPPD）的基础上，搭建了布拉格边中子成像测试装置，通过一系列实验对提出的物理模型和数学表达进行验证研究。并发展了单边拟合的算法，把样品中的应变分布信息提取出来。这些研究成果为将来发展Rietveld全谱拟合精修方法打下坚实的基础。