High Power Laser Science and Engineering, Volume. 12, Issue 4, 04000e46(2024)

Reconstruction of nanoparticle size distribution in laser-shocked matter from small-angle X-ray scattering via neural networks

Z. He1,2,3、*, J. Lütgert1,2, M. G. Stevenson2, B. Heuser1,2, D. Ranjan1,2, C. Qu2, and D. Kraus1,2、*
Author Affiliations
  • 1Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Dresden, Germany
  • 2Institut für Physik, Universität Rostock, Rostock, Germany
  • 3Shanghai Institute of Laser Plasma, CAEP, Shanghai, China
  • show less
    References(39)

    [1] C.-S. Yoo. Matter Radiat. Extremes, 5, 018202(2020).

    [2] D. H. Kalantar, J. F. Belak, G. W. Collins, J. D. Colvin, H. M. Davies, J. H. Eggert, T. C. Germann, J. Hawreliak, B. L. Holian, K. Kadau, P. S. Lomdahl, H. E. Lorenzana, M. A. Meyers, K. Rosolankova, M. S. Schneider, J. Sheppard, J. S. Stolken, J. S. Wark. Phys. Rev. Lett., 95, 075502(2005).

    [3] R. Betti, O. A. Hurricane. Nat. Phys., 12, 435(2016).

    [4] S. E. Offerman, N. H. van Dijk, J. Sietsma, S. Grigull, E. M. Lauridsen, L. Margulies, H. F. Poulsen, M. T. Rekveldt, S. van der Zwaag. Science, 298, 1003(2002).

    [5] E. Arzt. Acta Mater., 46, 5611(1998).

    [6] H. Chan, M. Cherukara, T. D. Loeffler, B. Narayanan, S. Sankaranarayanan. npj Comput. Mater., 6, 1(2020).

    [7] M. Bagge-Hansen, S. Bastea, J. A. Hammons, M. H. Nielsen, L. M. Lauderbach, R. L. Hodgin, P. Pagoria, C. May, S. Aloni, A. Jones, W. L. Shaw, E. V. Bukovsky, N. Sinclair, R. L. Gustavsen, E. B. Watkins, B. J. Jensen, D. M. Dattelbaum, M. A. Firestone, R. C. Huber, B. C. Ringstrand, J. R. I. Lee, T. van Buuren, L. E. Fried, T. M. Willey. Nat. Commun., 10, 3819(2019).

    [8] S. Humbert, O. Lame, J. M. Chenal, C. Rochas, G. Vigier. Macromolecules, 43, 7212(2010).

    [9] M. Bech, S. Schleede, G. Potdevin, K. Achterhold, O. Bunk, T. H. Jensen, R. Loewen, R. Ruth, F. Pfeiffer. Photonics Lasers Med., 1, 47(2012).

    [10] Y. W. Shi, Y. Y. Zhang, S. Chen, S.-N. Luo. Mater. Today Commun., 34, 105095(2023).

    [11] T. Kluge, M. Rödel, J. Metzkes-Ng, A. Pelka, A. L. Garcia, I. Prencipe, M. Rehwald, M. Nakatsutsumi, E. E. McBride, T. Schönherr, M. Garten, N. J. Hartley, M. Zacharias, J. Grenzer, A. Erbe, Y. M. Georgiev, E. Galtier, I. Nam, H. J. Lee, S. Glenzer, M. Bussmann, C. Gutt, K. Zeil, C. Rödel, U. Hübner, U. Schramm, T. E. Cowan. Phys. Rev. X, 8, 031068(2018).

    [12] Y. J. Deng, Y. Y. Zhang, Z. Cao, S. Chen, S. N. Luo. AIP Adv., 12, 025301(2022).

    [13] D. Kraus, J. Vorberger, A. Pak, N. J. Hartley, L. B. Fletcher, S. Frydrych, E. Galtier, E. J. Gamboa, D. O. Gericke, S. H. Glenzer, E. Granados, M. J. MacDonald, A. J. MacKinnon, E. E McBride, I. Nam, P. Neumayer, M. Roth, A. M. Saunders, A. K. Schuster, P. Sun, T. van Driel, T. Dppner, R. W. Falcone. Nat. Astronomy, 1(2017).

    [14] D. Kraus, N. J. Hartley, S. Frydrych, A. K. Schuster, K. Rohatsch, M. Rödel, T. E. Cowan, S. Brown, E. Cunningham, T. Van Driel, L. B. Fletcher, E. Galtier, E. J. Gamboa, A. Laso Garcia, D. O. Gericke, E. Granados, P. A. Heimann, H. J. Lee, M. J. MacDonald, A. J. MacKinnon, E. E. McBride, I. Nam, P. Neumayer, A. Pak, A. Pelka, I. Prencipe, A. Ravasio, R. Redmer, A. M. Saunders, M. Schölmerich, M. Schörner, P. Sun, S. J. Turner, A. Zettl, R. W. Falcone, S. H. Glenzer, T. Döppner, J. Vorberger. Phys. Plasmas, 25, 056313(2018).

    [15] A. K. Schuster, N. J. Hartley, J. Vorberger, T. Döppner, T. van Driel, R. W. Falcone, L. B. Fletcher, S. Frydrych, E. Galtier, E. J. Gamboa, D. O. Gericke, S. H. Glenzer, E. Granados, M. J. MacDonald, A. J. MacKinnon, E. E. McBride, I. Nam, P. Neumayer, A. Pak, I. Prencipe, K. Voigt, A. M. Saunders, P. Sun, D. Kraus. Phys. Rev. B, 101, 054301(2020).

    [16] P. R. Jemian, J. R. Weertman, G. G. Long, R. D. Spal. Acta Metall. Mater., 39, 2477(1991).

    [17] J. Ilavsky, P. R. Jemian. J. Appl. Crystallogr., 42, 347(2009).

    [18] R. Lazzari. J. Appl. Crystallogr., 35, 406(2002).

    [19] B. R. Pauw, J. S. Pedersen, S. Tardif, M. Takata, B. B. Iversen. J. Appl. Crystallogr., 46, 365(2013).

    [20] I. Breßler, B. R. Pauw, A. F. Thünemann. J. Appl. Crystallogr., 48, 962(2015).

    [21] L. Gaus, L. Bischoff, M. Bussmann, E. Cunningham, C. B. Curry, E. Juncheng, E. Galtier, M. Gauthier, A. L. García, M. Garten, S. Glenzer, E. Juncheng, J. Grenzer, C. Gutt, N. J. Hartley, E. E. McBride, J. Metzkes-Ng, L. Huang, U. Hübner, D. Kraus, B. Nagler, M. Nakatsutsumi, A. Pelka, I. Prencipe, J. Nikl, H. J. Lee, M. Ota, L. Randolph, M. Rödel, Y. Sakawa, H.-P. Schlenvoigt, M. Šmíd, F. Treffert, K. Voigt, U. Schramm, K. Zeil, T. Kluge, T. E. Cowan. Phys. Rev. Res., 3, 043194(2021).

    [22] Z. He, M. Rödel, J. Lütgert, A. Bergermann, M. Bethkenhagen, D. Chekrygina, T. E. Cowan, A. Descamps, M. French, E. Galtier, A. E. Gleason, G. D. Glenn, S. H. Glenzer, Y. Inubushi, N. J. Hartley, J.-A. Hernandez, B. Heuser, O. S. Humphries, N. Kamimura, K. Katagiri, D. Khaghani, H. J. Lee, E. E. McBride, K. Miyanishi, B. Nagler, B. Ofori-Okai, N. Ozaki, S. Pandolfi, C. Qu, D. Ranjan, R. Redmer, C. Schoenwaelder, A. K. Schuster, M. G. Stevenson, K. Sueda, T. Togashi, T. Vinci, K. Voigt, J. Vorberger, M. Yabashi, T. Yabuuchi, L. M. V. Zinta, A. Ravasio, D. Kraus. Sci. Adv., 8, eabo0617(2022).

    [23] U. Zastrau, M. McMahon, K. Appel, C. Baehtz, E. Brambrink, R. Briggs, T. Butcher, B. Cauble, B. Chen, H. Damker, C. Deiter, J. Eggert, K. Falk, L. Fletcher, S. H. Glenzer, S. Göde, M. Harmand, A. Higginbotham, Z. Konôpková, D. Kraus, H.-P. Liermann, M. Nakatsutsumi, A. Pelka, G. Priebe, R. Redmer, A. Schropp, R. Smith, P. Sperling, I. Thorpe, S. Toleikis. , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , and , “Conceptual design report: Dynamic laser compression experiments at the hed instrument of european XFEL,” Technical Report XFEL.EU TR-2017-001, Dynamic Laser Compression at HED, Schenefeld, European X-Ray Free-Electron Laser Facility GmbH, Germany ().(2017).

    [24] W. Van Herck, J. Fisher, M. Ganeva. Mater. Res. Express, 8, 045015(2021).

    [25] M. J. Cherukara, Y. S. G. Nashed, R. J. Harder. Sci. Rep., 8, 16520(2018).

    [26] M. Rödel. , “Coherent X-ray Diffraction of Laser-driven Matter.” PhD thesis, Technische Universität Dresden ().(2021).

    [27] M. S. Wertheim. Phys. Rev. Lett., 10, 321(1963).

    [28] J. K. Percus, G. J. Yevick. Phys. Rev., 110, 1(1958).

    [29] D. J. Kinning, E. L. Thomas. Macromolecules, 17, 1712(1984).

    [30] J. S. Pedersen. J. Appl. Crystallogr., 27, 595(1994).

    [31] Y. Lecun, L. Bottou, G. B. Orr, K. R. MullerNeural Networks: Tricks of the Trade. , , , and , in (Springer, ).(1998).

    [32] F. Chollet. Keras: The Python Deep Learning Library(2018).

    [34] D. E. Rumelhart, G. E. Hinton, R. J. Williams. Nature, 323, 533(1986).

    [35] L. Bottou. Neural Networks: Tricks of the Trade(2012).

    [36] J. Lütgert, J. Vorberger, N. J. Hartley, K. Voigt, M. Rödel, A. K. Schuster, A. Benuzzi-Mounaix, S. Brown, T. E. Cowan, E. Cunningham, T. Döppner, R. W. Falcone, L. B. Fletcher, E. Galtier, S. H. Glenzer, A. L. Garcia, D. O. Gericke, P. A. Heimann, H. J. Lee, E. E. McBride, A. Pelka, I. Prencipe, A. M. Saunders, M. Schölmerich, M. Schörner, P. Sun, T. Vinci, A. Ravasio, D. Kraus. Sci. Rep., 11, 12883(2021).

    [37] M. Kotlarchyk, S.-H. Chen. J. Chem. Phys., 79, 2461(1983).

    [38] J. Als-Nielsen, D. McMorrow. Elements of Modern X-ray Physics(2011).

    [39] S. Chen, S.-N. Luo. J. Synchrotron Radiat., 25, 496(2018).

    Tools

    Get Citation

    Copy Citation Text

    Z. He, J. Lütgert, M. G. Stevenson, B. Heuser, D. Ranjan, C. Qu, D. Kraus. Reconstruction of nanoparticle size distribution in laser-shocked matter from small-angle X-ray scattering via neural networks[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(4): 04000e46

    Download Citation

    EndNote(RIS)BibTexPlain Text
    Save article for my favorites
    Paper Information

    Category: Research Articles

    Received: Feb. 13, 2024

    Accepted: Apr. 30, 2024

    Published Online: Sep. 20, 2024

    The Author Email: Z. He (hezy1213@foxmail.com), D. Kraus (dominik.kraus@uni-rostock.de)

    DOI:10.1017/hpl.2024.27

    Topics