主题:【第十六届原创】中国散裂中子源(CSNS)通用粉末衍射仪(GPPD)的TOPAS同时精修模型

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iangie
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1. 衍射仪分类

包括常规的实验室粉末衍射仪,所有衍射仪的本质都是一样的,即测量衍射强度随样品晶面间距的函数。常规的实验室粉末衍射仪使用单色X光,将晶面间距d分散到不同的衍射角度2θ。描述这个d~2θ分散关系的公式即布拉格方程。恒定波长中子衍射与之一样。这两者称为角度分散衍射(Angular Dispersive Diffraction)。此时布拉格方程写为:d=λ/2/Sin(θ)λ已知,通过测量θ来计算样品的晶面间距d

而飞行时间中子衍射与能量色散X射线衍射相似,属于将晶面间距d分散到不同波长λ或能量E轴上,这两者称为能量色散衍射(Energy Dispersive Diffraction)。此时衍射角2θ固定且已知,通过测量衍射束的波长λ或能量E来计算样品的晶面间距d。在实际操作中,能量E与波长λ成反比,所以能量色散X射线衍射的布拉格方程写为d=6.2/E/Sin(θ)。其中E单位为KeVd单位为?。在飞行时间中子衍射中,中子的飞行时间反比于中子飞行速度;中子飞行速度又反比于其波长;所以飞行时间正比于晶面间距。在实际操作中,飞行时间中子衍射的布拉格方程写为TOF=t0*d^0+t1*d^1+t2*d^2,即允许二阶多项式拟合,拟合常数t0t1t2对每个探测器bank是固定的。

2.
用标样为每个探测器bank标定t0t1t2

中国散裂中子源(CSNS)通用粉末衍射仪(GPPD)是一台飞行时间中子衍射设备,配备了三台探测器,分别安放在衍射角2θ= 150°90°15°的位置,同时记录衍射数据。通常在测量未知样品前,于相同衍射条件下测量某全球承认的标样(如NIST SRM 640e 硅粉 等),通过三台探测器分别记录的衍射谱校准其对应的三套t0t1t2以及峰形参数。
附件1TOPAS精修模型,同时精修这三台探测器记录的谱图,下载后请将后缀名改为inp,再导入TOPAS运行

TOPAS运行后应产生如下的同时精修谱图:



调整TOPASX轴,可将上图转换为d坐标或Q坐标。可见各探测器Bank的测量Q值和d值的大致范围如下所列。

探测器bank12θ=150°):Q: 3-31 (?^-1)  d: 2 - 0.2 ?
探测器bank22θ=90°):Q: 1.5-12.5 (?^-1)  d: 4 - 0.5 ?
探测器bank32θ=15°):Q: 0.3-12.5 (?^-1)  d: 25- 0.5 ?
用户可对照查看是否包含待测样品的特征峰位置。

3. 对实际样品的精修

针对标样的精修完成后,将附件1模型的所有仪器参数(包括TOF_x_axis_calibration中已校准的三套t0 t1 t2和 TOF_Exponential和tof_sample_peakshape中的仪器峰形参数)前全部加上感叹号!固定。 用实际样品的晶体结构替代Si 的晶体结构。任何额外的峰形展宽均应来自于实际被测样品。


本模型所需的衍射数据已上传到附件2,方便TOPAS用户自己练习:)


参考文献:

中国散裂中子源通用粉末衍射仪介绍https://user.csns.ihep.ac.cn/spectrometer/detail/2

精修TOF数据的TOPAS模型实例:

https://topas.awh.durham.ac.uk/doku.php?id=time_of_flight_tof_isis_instrument_standard_files&s[]=hrpd
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iangie
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好吧,论坛显示不了Angstrom的符号。。。以上所有的?均代表Angstrom

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2023/10/17 13:54:02 Last edit by iangie
Ins_00194ab1
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有没有fullprof或者gasa处理磁结构的资料啊,我学的快吐了,晶体相一直建不好,fulprof一直出现chi值NAN和洛伦兹峰宽小于0的情况
iangie
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原文由 Ins_00194ab1(Ins_00194ab1) 发表:
有没有fullprof或者gasa处理磁结构的资料啊,我学的快吐了,晶体相一直建不好,fulprof一直出现chi值NAN和洛伦兹峰宽小于0的情况
那么难用的软件我不用~
Ins_6a0adb06
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您好,想向您请教一下,t0, t1,t2 和tof_sample_peakshape (!lor_bank2, 0.000317493504 ,dsp_bank2, 64.15061 ,dspsq_bank2, 0.00000 ) 这几个参数对应的是仪器参数中的那几个值呢。谢谢!下面是仪器参数信息。

#GSAS-II instrument parameter file; do not add/delete items!
Type:PNT
Bank:2.0
fltPath:30.0
2-theta:15.0
Azimuth:0.0
Zero:10.039203898261796
difC:1750.3940585617074 
difA:5.3424928752568945 
difB:8.678887801918046 
alpha:0.019515592153659524
beta-0:0.03848694067472181
beta-1:0.010669943097248617
beta-q:0.0025631233232452882
sig-0:5.549410308277862
sig-1:121.65433542572268
sig-2:85.511898553809
sig-q:11.453682662790623
X:0.0
Y:0.0
Z:0.0
iangie
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原文由 Ins_6a0adb06(Ins_6a0adb06) 发表:
您好,想向您请教一下,t0, t1,t2 和tof_sample_peakshape (!lor_bank2, 0.000317493504 ,dsp_bank2, 64.15061 ,dspsq_bank2, 0.00000 ) 这几个参数对应的是仪器参数中的那几个值呢。谢谢!下面是仪器参数信息。

#GSAS-II instrument parameter file; do not add/delete items!
Type:PNT
Bank:2.0
fltPath:30.0
2-theta:15.0
Azimuth:0.0
Zero:10.039203898261796
difC:1750.3940585617074 
difA:5.3424928752568945 
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sig-2:85.511898553809
sig-q:11.453682662790623
X:0.0
Y:0.0
Z:0.0
很明显你这个是用GSAS-校准后的仪器参数文件, TOPAS是不认的.

做同步辐射或者中子衍射, 最重要的就是要找beamline scientist测个(拿到)标样的衍射谱, 不管谁用什么软件都可以自己校准.
Ins_6a0adb06
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原文由 iangie(iangie) 发表:
很明显你这个是用GSAS-校准后的仪器参数文件, TOPAS是不认的.

做同步辐射或者中子衍射, 最重要的就是要找beamline scientist测个(拿到)标样的衍射谱, 不管谁用什么软件都可以自己校准.
也就是说,我们需要用标样的衍射数据来确定这几个参数。同样也是直接用TOPAS对标样的数据进行拟合,从而确定这几个参数是吗?但是我在TOPAS 7中给的TOF 示例文件里也见过用GSAS校正这几个参数的呢。比如说tof_bank2_2.inp这个inp文件。老师,我还有一个问题就是,测试完那边老师给了一个标样物质的型号,是640f, 我之前用您给的这个640e试着拟合过,发现结构文件好像不太对,也有可能是我拟合时参数设置的不对。我相问一下,640e和640f的结构文件应该时一样的吧,都是晶体Si,是这样吗?谢谢老师!

tof_bank2_2.inp文件

/*
  Fitting to CeO2 calculated data generated using GSAS
  Data courtesy of John Evans

  The procedure in this INP file is typically performed
  on a standard in order to determine the TOF caibration
  constants t0, t1 and t2. Here, the fitting is performed on
  calculated data from GSAS which additionally serves the
  purpose of cross checking both TOPAS and GSAS.

  Original calibration constants from GSAS
      t0 = t0_bank2  = 4.580
      t1 = difc_bank2 = 6172.68
      t2 = difa_bank2 = -2.18

  Also included in this file is a demonstration of
  rebinning as a function of X. See comment below.
*/
'#define TEST_
#ifdef TEST_
        continue_after_convergence
        iters 100
        verbose -1
        process_times
        macro VV { val_on_continue = Val + Rand(-0.002, 0.002); }
#else
        macro VV { }
#endif

r_wp 0
iangie
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原文由 Ins_6a0adb06(Ins_6a0adb06) 发表:
也就是说,我们需要用标样的衍射数据来确定这几个参数。同样也是直接用TOPAS对标样的数据进行拟合,从而确定这几个参数是吗?但是我在TOPAS 7中给的TOF 示例文件里也见过用GSAS校正这几个参数的呢。比如说tof_bank2_2.inp这个inp文件。

你贴的是tof_bank2_1.inp不是tof_bank2_2.inp
两种软件对t0 t1 t2的定义不一样,而且对同一计算数据校准的精修结果值也有差别。
所以你5楼的问题:想要把GSAS的校准数据用在TOPAS上, 是不行的
用哪个软件做精修,就用哪个软件做校准,标样数据才是王道,校准结果只对那个软件有效

原文由 Ins_6a0adb06(Ins_6a0adb06) 发表:
测试完那边老师给了一个标样物质的型号,是640f, 我之前用您给的这个640e试着拟合过,发现结构文件好像不太对,也有可能是我拟合时参数设置的不对。
你既不贴标样数据,又不贴inp,我怎么知道你哪里错了?
iangie
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原文由 Ins_6a0adb06(Ins_6a0adb06) 发表:
  老师,您好!首先谢谢老师您的耐心解答。附件是标样数据及INP文件,麻烦老师您帮我看一下我的问题出在那里。谢谢老师!
1. 你的MPI_RUN0021879_BANK1-7.inp这个模板是可以用的。只是你把这template给玩坏了。。。 第4个bank里的str 让你删掉了, 某些‘ 号也让你删掉了。 我给你改正确了,见附件。
2. Si的空间群是space_group Fd3m:2  你看我的模板里省掉“:2”了吗? 你把:2都省掉了,当然结构不对了哦
3. 不要动不动就用fourier_map 1, 校准时这个没用
4. 所谓校准就是去掉要校准参数前的“!”号  数值修正确后再给参数名前加上“!”号固定。

我感觉你的问题并不是TOF中子衍射数据分析,而是不太会用TOPAS。。。。
Ins_6a0adb06
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原文由 iangie(iangie) 发表:
1. 你的MPI_RUN0021879_BANK1-7.inp这个模板是可以用的。只是你把这template给玩坏了。。。 第4个bank里的str 让你删掉了, 某些‘ 号也让你删掉了。 我给你改正确了,见附件。
2. Si的空间群是space_group Fd3m:2  你看我的模板里省掉“:2”了吗? 你把:2都省掉了,当然结构不对了哦
3. 不要动不动就用fourier_map 1, 校准时这个没用
4. 所谓校准就是去掉要校准参数前的“!”号  数值修正确后再给参数名前加上“!”号固定。

我感觉你的问题并不是TOF中子衍射数据分析,而是不太会用TOPAS。。。。
谢谢老师您的指教!我对TOPAS的使用确实不太熟练,也是在学习中。后续有问题我再向老师您请教,还望老师您能够给予帮助。再次感谢老师您的解答!
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