حيود الأشعة السينية ثلاثي الأبعاد

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

حيود الأشعة السينية ثلاثي الأبعاد ( 3DXRD ) هو تقنية مجهرية تستخدم الأشعة السينية الصلبة (بطاقة تتراوح بين 30 و100 كيلو إلكترون فولت) لدراسة البنية الداخلية للمواد متعددة البلورات في ثلاثة أبعاد. [ 1 ] [ 2 ] بالنسبة لعينة معينة، يُظهر حيود الأشعة السينية ثلاثي الأبعاد شكل البلورات ( الحبيبات ) وتجاورها واتجاهها. يسمح هذا النوع من الحيود بدراسة عينات يتراوح حجمها من الميكرومتر إلى المليمتر بدقة تتراوح من مئات النانومترات إلى الميكرومترات. تشمل التقنيات الأخرى التي تستخدم الأشعة السينية لدراسة البنية الداخلية للمواد متعددة البلورات التصوير المقطعي التبايني لحيود الأشعة السينية (DCT) [ 3 ] وحيود الأشعة السينية عالي الطاقة (HEDM). [ 4 ]

بالمقارنة مع التقنيات المدمرة، مثل حيود الإلكترون الخلفي ثلاثي الأبعاد (3D EBSD)، [ 5 ] والتي يتم من خلالها تقطيع العينة وتصويرها بشكل متسلسل، فإن تقنية 3DXRD والتقنيات غير المدمرة المماثلة للأشعة السينية لها المزايا التالية:

  • إنها تتطلب تحضيرًا أقل للعينات، مما يحد من إدخال هياكل جديدة في العينة.
  • يمكن استخدامها لدراسة عينات أكبر واستخدام بيئات عينات أكثر تعقيدًا.
  • فهي تمكن من دراسة كيفية تطور هياكل الحبيبات ثلاثية الأبعاد مع مرور الوقت.
  • بما أن القياسات لا تغير العينة، يمكن إجراء أنواع مختلفة من التحليل بالتتابع.

الإعداد التجريبي

تُجرى قياسات حيود الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد (3DXRD) باستخدام هندسات تجريبية متنوعة. يشبه الإعداد الكلاسيكي لتقنية 3DXRD إعداد التصوير المقطعي التقليدي المستخدم في السنكروترونات: [ 6 ] حيث تُضاء العينة، المثبتة على منصة دوارة، بحزمة أشعة سينية أحادية اللون شبه متوازية. في كل مرة تحقق فيها حبيبة معينة داخل العينة شرط براغ ، تتولد حزمة حيود. تُنقل هذه الإشارة عبر العينة وتُجمع بواسطة كواشف ثنائية الأبعاد. ولأن الحبيبات المختلفة تحقق شرط براغ بزوايا مختلفة، تُدار العينة لفحص بنيتها بالكامل. يكمن جوهر تقنية 3DXRD في محاكاة كاشف ثلاثي الأبعاد من خلال وضع عدد من الكواشف ثنائية الأبعاد على مسافات مختلفة من مركز دوران العينة، وتعريضها إما في وقت واحد (العديد من الكواشف شبه شفافة للأشعة السينية الصلبة) أو في أوقات مختلفة.

تم تركيب مجهر 3DXRD في خط شعاع علوم المواد [ 7 ] في ESRF .

برمجة

لتحديد التوجه البلوري للحبوب في العينة المدروسة، تُستخدم حزم البرامج التالية: Fable [ 8 ] و GrainSpotter [ 9 ] . إعادة بناء الشكل ثلاثي الأبعاد للحبوب عملية معقدة، وتتوفر ثلاث طرق للقيام بذلك، تعتمد على الإسقاط العكسي البسيط، والإسقاط الأمامي، وتقنية إعادة البناء الجبرية ، وإعادة البناء باستخدام طريقة مونت كارلو [ 10 ] .

التطبيقات

باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد (3DXRD)، يُمكن دراسة التطور الزمني للمواد في الموقع تحت ظروف مختلفة. ومن بين استخدامات هذه التقنية، رسم خرائط الإجهادات والانفعالات المرنة في سلك من النيكل والتيتانيوم مُعرَّض لإجهاد مسبق. [ 11 ]

ساهم العلماء المشاركون في تطوير تقنية حيود الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد (3DXRD) في تطوير ثلاث تقنيات أخرى ثلاثية الأبعاد غير مدمرة لعلوم المواد، باستخدام الإلكترونات والنيوترونات على التوالي : رسم خرائط التوجيه ثلاثي الأبعاد في المجهر الإلكتروني النافذ (3D-OMiTEM)، [ 12 ] حيود النيوترونات ثلاثي الأبعاد بتقنية زمن الطيران لدراسة البلورات متعددة الحبيبات (ToF 3DND)، [ 13 ] [ 14 ] وحيود النيوترونات ثلاثي الأبعاد بتقنية لاوي (Laue3DND). [ 15 ]

باستخدام نظام عدسات، تعمل تقنية المجهرية بالأشعة السينية ذات المجال المظلم (DFXRM) [ 16 ]، وهي تقنية سنكروترونية ، على توسيع إمكانيات تقنية حيود الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد (3DXRD)، مما يسمح بالتركيز على حبة واحدة مغمورة بعمق وإعادة بناء بنيتها ثلاثية الأبعاد وخصائصها البلورية. ويجري تطوير تقنية DFXRM في مرفق أبحاث السنكروترون الأوروبي ( ESRF )، خط شعاع ID06. [ 17 ]

في بيئة المختبر، يمكن الحصول على خرائط حبيبية ثلاثية الأبعاد باستخدام الأشعة السينية كمسبار باستخدام التصوير المقطعي التبايني للحيود المختبري (LabDCT)، وهي تقنية مشتقة من حيود الأشعة السينية ثلاثي الأبعاد (3DXRD). [ 18 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بولسن، إتش إف؛ نيلسن، إس إف؛ لوريدسن، إي إم؛ شميدت، إس؛ سوتر، آر إم؛ لينرت، يو؛ مارغوليس، إل؛ لورنتزن، تي؛ جول جنسن، دي. (2001). "خرائط ثلاثية الأبعاد لحدود الحبيبات وحالة الإجهاد للحبيبات الفردية في متعددات البلورات والمساحيق" (ملف PDF) . مجلة علم البلورات التطبيقي . 34 (6): 751-756 . doi : 10.1107/s0021889801014273 .
  2. ↑ بولسن، هينينغ (2004). المجهرية ثلاثية الأبعاد لحيود الأشعة السينية . سلسلة منشورات سبرينغر في الفيزياء الحديثة. المجلد 205. doi : 10.1007/b97884 . ISBN  978-3-540-22330-6.
  3. ↑ لودفيج، فولفغانغ؛ شميدت، سورين؛ لوريدسن، إريك ميجدال؛ بولسن، هينينغ فريس (1 أبريل 2008). "التصوير المقطعي التبايني باستخدام حيود الأشعة السينية: تقنية جديدة لرسم خرائط الحبيبات ثلاثية الأبعاد للبلورات المتعددة. الجزء الأول: حالة الشعاع المباشر". مجلة علم البلورات التطبيقي . 41 (2): 302-309 . doi : 10.1107/s0021889808001684 . ISSN 0021-8898 . 
  4. ↑ سوتر، آر إم؛ هينيسي، دي؛ شياو، سي؛ لينيرت، يو (1 ديسمبر 2006). "طريقة النمذجة الأمامية لإعادة بناء البنية المجهرية باستخدام مجهر حيود الأشعة السينية: التحقق من البلورة المفردة". مجلة الأدوات العلمية . 77 (12): 123905–123905–12. رمز Bibcode : 2006RScI...77l3905S . doi : 10.1063/1.2400017 . ISSN 0034-6748 . S2CID 6298472 .  
  5. ↑ زايفرر، س.؛ رايت، س.إ.؛ رابي، د. (2008-02-01). "المجهر ثلاثي الأبعاد لتحديد الاتجاه في مجهر المسح الإلكتروني ذي الحزمة الأيونية المركزة: بُعد جديد لتوصيف البنية المجهرية" . مجلة المعاملات المعدنية والمواد أ . 39 (2): 374-389 . رمز Bibcode : 2008MMTA...39..374Z . doi : 10.1007/s11661-007-9418-9 . ISSN 1073-5623 . 
  6. ↑ بولسن، هينينغ فريس (1 ديسمبر 2012). "مقدمة في مجهر حيود الأشعة السينية ثلاثي الأبعاد". مجلة علم البلورات التطبيقي . 45 (6): 1084-1097 . doi : 10.1107/s0021889812039143 . ISSN 0021-8898 . 
  7. ↑ "ID11 - خط شعاع علوم المواد" . www.esrf.eu. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 أبريل 2017 .
  8. ↑ "خرافة" . سورس فورج . تم الاسترجاع في 13 أبريل 2017 .
  9. ↑ شميدت، سورين (2014-02-01). "GrainSpotter: خوارزمية فهرسة سريعة وقوية للبلورات المتعددة" (ملف PDF) . مجلة علم البلورات التطبيقي . 47 (1): 276-284 . doi : 10.1107/s1600576713030185 . ISSN 1600-5767 . S2CID 36349208 .  
  10. ↑ ستارون، بيتر؛ شريير، أندرياس؛ كليمنس، هيلموت؛ ماير، سفيا (19-06-2017). النيوترونات وإشعاع السنكروترون في هندسة علوم المواد: من الأساسيات إلى التطبيقات، الطبعة الثانية . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-3-527-33592-3.
  11. ↑ سيدماك، ب.؛ بيلش، ج.؛ هيلر، ل.؛ كوبيتشيك، ج.؛ رايت، ج.؛ سيدلاك، ب.؛ فروست، م.؛ شيتنر، ب. (2016-08-05). "تحليل دقيق للتشوه الموضعي في سلك النيكل والتيتانيوم تحت تأثير حمل الشد". مجلة ساينس . 353 (6299): 559-562 . Bibcode : 2016Sci...353..559S . doi : 10.1126/science.aad6700 . ISSN 0036-8075 . PMID 27493178. S2CID 206644339 .   
  12. ↑ ليو، هـ.هـ؛ شميدت، س.؛ بولسن، هـ.ف؛ غودفري، أ.؛ ليو، ز.كيو؛ شارون، ج.أ؛ هوانغ، ش. (13 مايو 2011). "رسم خرائط التوجيه ثلاثي الأبعاد في المجهر الإلكتروني النافذ". مجلة ساينس . 332 (6031): 833-834 . رمز Bibcode : 2011Sci...332..833L . doi : 10.1126 / science.1202202 . ISSN 0036-8075 . PMID 21566190. S2CID 206532089 .   
  13. ↑ سيريسر، ألبرتو (2016-01-01). حيود النيوترونات ثلاثي الأبعاد بتقنية زمن الطيران لدراسة البلورات متعددة الحبيبات . قسم الفيزياء، الجامعة التقنية في الدنمارك.
  14. ↑ سيريسر، ألبرتو؛ ستروبل، ماركوس؛ هول، ستيفن أ.؛ ستيوير، أكسل؛ كياناغي، ريوجي؛ تريمسن، أنطون س.؛ كنودسن، إريك ب.؛ شينوهارا، تاكيناو؛ ويليندروب، بيتر ك. (25 أغسطس/آب 2017). "حيود النيوترونات ثلاثي الأبعاد بتقنية زمن الطيران في وضع النقل لرسم خرائط بنية حبيبات البلورات" . التقارير العلمية . 7 (1): 9561. doi : 10.1038/s41598-017-09717-w . ISSN 2045-2322 . PMC 5572055. PMID 28842660 .   
  15. ↑ رافينتوس، م.؛ توفار، م.؛ ميدارد، م.؛ شانغ، ت.؛ ستروبل، م.؛ ساموثراكيتيس، س.؛ بومجاكوشينا، إ.؛ غرونزويغ، س.؛ شميدت، س. (18 مارس 2019). " حيود النيوترونات ثلاثي الأبعاد بتقنية لاوي" . التقارير العلمية . 9 (1): 4798. doi : 10.1038/s41598-019-41071-x . PMC 6423297. PMID 30886172 .  
  16. ↑ سيمونز، هـ.؛ كينغ، أ.؛ لودفيغ، و.؛ ديتليفز، س.؛ بانتليون، و.؛ شميدت، س.؛ سنيغيريفا، إ.؛ سنيغيريف، أ.؛ بولسن، هـ. ف. (14 يناير 2015). "مجهر الأشعة السينية ذو الحقل المظلم لتوصيف البنية متعددة المقاييس" . نيتشر كوميونيكيشنز . 6 : 6098. Bibcode : 2015NatCo...6.6098S . doi : 10.1038/ncomms7098 . ISSN 2041-1723 . PMC 4354092. PMID 25586429 .   
  17. ↑ "مركز أبحاث لتطبيقات الغطس الفولاذي في المجهر ذي الحقل المظلم في مرفق الإشعاع السنكروتروني الأوروبي" . www.esrf.eu. مرفق الإشعاع السنكروتروني الأوروبي . تاريخ الاسترجاع: ٢٨ يناير ٢٠٢٢ .
  18. ↑ ماكدونالد، إس. أ.؛ هولزنر، سي.؛ لوريدسن، إي. إم.؛ رايشيج، ب.؛ ميركل، أ. ب.؛ ويذرز، ب. ج. (2017-07-12). "التطور الميكروي أثناء تلبيد جزيئات النحاس ، دُرِسَ باستخدام التصوير المقطعي التبايني الحيودي المختبري (LabDCT)" . التقارير العلمية . 7 (1): 5251. doi : 10.1038/s41598-017-04742-1 . ISSN 2045-2322 . PMC 5507940. PMID 28701768 .