zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-3-25-31zldm-690Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLПОЛНОПРОФИЛЬНЫЙ РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ НА ОСНОВЕ МЕТОДА РИТВЕЛЬДА, САМОКОНФИГУРИРУЕМОГО МНОГОПОПУЛЯЦИОННОГО ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА И ДАННЫХ ЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗАEVOLUTIONARY QUANTITATIVE FULL-PROFILE X-RAY PHASE ANALYSIS BASED ON THE RIETVELD METHOD, A SELF-CONFIGURABLE MULTIPOPULATION GENETIC ALGORITHM AND ELEMENTAL ANALYSIS DATAЗалогаА. Н.ZalogaA. N.

г. Красноярск.

Krasnoyarsk.

zaloga@yandex.ruДубининП. С.DubininP. S.

г. Красноярск.

Krasnoyarsk.

dubinin-2005@yandex.ruЯкимовИ. С.YakimovI. S.

г. Красноярск.

Krasnoyarsk.

i-s-yakimov@yandex.ruБезруковаО. Е.BezrukovaO. E.

г. Красноярск.

Krasnoyarsk.

БураковС. В.BurakovS. V.

г. Красноярск.

Krasnoyarsk.

burakov_krasu@mail.ruГусевК. А.GusevK. A.

г. Красноярск.

Krasnoyarsk.

k.gusev17@yandex.ruСеменкинаМ. Е.SemenkinaM. E.

г. Красноярск.

Krasnoyarsk.

semenkina88@mail.ruСибирский федеральный университет.РоссияSiberian Federal University.Russian FederationСибирский государственный университет науки и технологий имени акад. М. Ф. Решетнева.РоссияSiberian State Science and Technology University.Russian Federation2018050420188432531Copyright © Залога А.Н., Дубинин П.С., Якимов И.С., Безрукова О.Е., Бураков С.В., Гусев К.А., Семенкина М.Е., 20182018Залога А.Н., Дубинин П.С., Якимов И.С., Безрукова О.Е., Бураков С.В., Гусев К.А., Семенкина М.Е.Zaloga A.N., Dubinin P.S., Yakimov I.S., Bezrukova O.E., Burakov S.V., Gusev K.A., Semenkina M.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/690

Полнопрофильный анализ по методу Ритвельда широко используется для лабораторного интерактивного количественного рентгенофазового анализа, однако его приложения для оперативного производственного аналитического контроля недостаточно развиты. Причина в том, что метод Ритвельда основан на нелинейном методе наименьших квадратов (МНК), который для сходимости требует достаточно точных исходных приближений уточняемых параметров для каждого образца. При эволюционном методе полнопрофильного количественного рентгенофазового анализа (КРФА) исходные приближения ищет генетический алгоритм. Вместе с тем эмпирическая настройка оптимальных параметров генетических операций, выполняемая в интерактивном режиме, остается трудоемкой. Для ее автоматизации предложен подход, основанный на самонастройке в процессе эволюционного КРФА с помощью самоконфигурируемого генетического алгоритма (СГА). Для улучшения сходимости в целевую функцию генетического алгоритма, представляющую взвешенный профильный R-фактор метода Ритвельда, вводили данные о количественном химическом составе образца. Программная реализация метода основана на параллельных вычислениях, обеспечивающих ускоренную сходимость генетического алгоритма, и позволяет проводить бесстандартный КРФА в автоматическом режиме на многоядерном персональном компьютере. Метод опробован на группе тестовых многофазных образцов известного состава и показал хорошую точность полнопрофильного КРФА.

We developed a self configuring genetic algorithm to quantify phase concentrations in a crystalline sample from powder X-ray diffraction data. The algorithm does not require the fine-tuning of parameters, which is inherent to most evolutionary algorithms. The software executing the algorithm uses parallel computing and allows performing reference-free quantitative phase analysis on a personal computer, a computing cluster or with the help of a computer network. The suggested method was tested on a set of trial samples with known composition. It was demonstrated that one may use data on the chemical composition of a sample to increase the accuracy of quantitative phase analysis.

генетические алгоритмысамоконфигурациярентгеновская порошковая дифракцияполнопрофильный анализметод Ритвельдаколичественный рентгенофазовый анализgenetic algorithmself-configuringfull-profile analysisX-ray powder diffractionRietveld MethodРФФИ, правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности (проект № 16-43-243049), а также фонда В. Потанина (проект № ГПК 95/16)ReferencesYoung R. A. The Rietveld Method. — Oxford University Press, 1995. — 298 p.Young R. A. The Rietveld Method. — Oxford University Press, 1995. — 298 p.Bish D. L., Howard S. A. Quantitative phase analysis using the Rietveld method / J. Appl. Cryst. 1988. Vol. 21. P. 86 – 91.Bish D. L., Howard S. A. Quantitative phase analysis using the Rietveld method / J. Appl. Cryst. 1988. Vol. 21. P. 86 – 91.Якимов И. С., Залога А. Н., Соловьев Л. А., Якимов Я. И. Метод эволюционного структурно-чувствительного количественного рентгенофазового анализа многофазных поликристаллических материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2011. Т. 77. № 1. С. 29 – 34.Yakimov I. S., Zaloga A. N., Solov’ev L. A., Yakimov Ya. I. Method of evolutionary structure-sensitive quantitative x-ray phase analysis of multiphase polycrystalline materials / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2011. Vol. 77. N 11. P. 29 – 34 [in Russian].Гуменникова А. В., Емельянова М. Н., Семенкин Е. С., Сопов Е. А. Об эволюционных алгоритмах решения сложных задач оптимизации / Вестник сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. 2003. № 4. С. 14.Gumennikova A. V., Emel’yanova M. N., Semenkin E. S., Sopov E. A. On evolutionary algorithms for solving complex optimization problems / Vestn. Sib. Gos. Aйrokosm. Univ. im. Akad. M. F. Reshetneva. 2003. N 4. P. 14 [in Russian].Harris K. D., Johnston R. L., Kariuki B. M. The genetic algorithm: Foundations and applications in structure solution from powder diffraction data / Acta Crystallogr. 1998. Sect. A: Found. Crystallogr. Vol. 54. P. 632 – 645.Harris K. D., Johnston R. L., Kariuki B. M. The genetic algorithm: Foundations and applications in structure solution from powder diffraction data / Acta Crystallogr. 1998. Sect. A: Found. Crystallogr. Vol. 54. P. 632 – 645.Feng Z., Dong C. A program for structure determination from powder diffraction data using a genetic algorithm / J. Appl. Crystallogr. 2007. Vol. 40. P. 583 – 588.Feng Z., Dong C. A program for structure determination from powder diffraction data using a genetic algorithm / J. Appl. Crystallogr. 2007. Vol. 40. P. 583 – 588.Lutterotti L., Bortolotti M. Object oriented programming and fast computation techniques in Maud, a program for powder diffraction analysis written in java / IUCr: Compcomm Newsletter. 2003. Vol. 1. P. 43 – 50.Lutterotti L., Bortolotti M. Object oriented programming and fast computation techniques in Maud, a program for powder diffraction analysis written in java / IUCr: Compcomm Newsletter. 2003. Vol. 1. P. 43 – 50.Burakov S. V., Zaloga A. N., Semenkin E. S., Yakimov I. S. Research on convergence o multipopulation binary- and real-coded genetic algorithms for solution of crystal structure from X-Ray powder diffraction data / Crystal Research and Technology. 2015. Vol. 50. Issue 9 – 10. P. 724 – 728.Burakov S. V., Zaloga A. N., Semenkin E. S., Yakimov I. S. Research on convergence o multipopulation binary- and real-coded genetic algorithms for solution of crystal structure from X-Ray powder diffraction data / Crystal Research and Technology. 2015. Vol. 50. Issue 9 – 10. P. 724 – 728.Zaloga A., Akhmedova S., Yakimov I., Burakov S., Semenkin E., Dubinin P., Piksina O., Andryushchenko E. Genetic Algorithm for Automated X-Ray Diffraction Full-Profile Analysis of Electrolyte Composition on Aluminium Smelters / Lecture Notes in Electrical Engineering. 2016. Vol. 383. P. 79 – 93.Zaloga A., Akhmedova S., Yakimov I., Burakov S., Semenkin E., Dubinin P., Piksina O., Andryushchenko E. Genetic Algorithm for Automated X-Ray Diffraction Full-Profile Analysis of Electrolyte Composition on Aluminium Smelters / Lecture Notes in Electrical Engineering. 2016. Vol. 383. P. 79 – 93.Gomez J. Self Adaptation of Operator Rates Evolutionary Algorithms / Genetic and Evolutionary Computation — GECCO. Lecture Notes in Computer Science. 2004. Vol. 3102. P. 1162 – 1173.Gomez J. Self Adaptation of Operator Rates Evolutionary Algorithms / Genetic and Evolutionary Computation — GECCO. Lecture Notes in Computer Science. 2004. Vol. 3102. P. 1162 – 1173.Toussaint M., Igel C. Neutrality: a necessity for self-adaptation / Proceedings of the IEEE Congress on evolutionary computation. 2002. P. 1354 – 1359.Toussaint M., Igel C. Neutrality: a necessity for self-adaptation / Proceedings of the IEEE Congress on evolutionary computation. 2002. P. 1354 – 1359.Семенкина М. Е. Самоадаптивные эволюционные алгоритмы проектирования информационных технологий интеллектуального анализа данных / Искусственный интеллект и принятие решений. 2013. № 1. С. 13 – 23.Semenkina M. E. Self-adaptive evolutionary algorithms for designing information technologies for data mining / Iskusst. Intell. Prin. Resh. 2013. N 1. P. 13 – 23 [in Russian].Sopov E. A Self-configuring Metaheuristic for Control of Multi-Strategy Evolutionary Search / Advances in Swarm and Computational Intelligence. 2015. P. 29 – 37.Sopov E. A Self-configuring Metaheuristic for Control of Multi-Strategy Evolutionary Search / Advances in Swarm and Computational Intelligence. 2015. P. 29 – 37.Semenkin E., Semenkina M. The Choice of Spacecrafts’ Control Systems Effective Variants with Self-Configuring Genetic Algorithm / In: Ferrier J. L. et al (Eds.): Informatics in Control, Automation and Robotics. Proceedings of the 9th International Conference ICINCO’2012. 2012. Vol. 1. P. 84 – 93.Semenkin E., Semenkina M. The Choice of Spacecrafts’ Control Systems Effective Variants with Self-Configuring Genetic Algorithm / In: Ferrier J. L. et al (Eds.): Informatics in Control, Automation and Robotics. Proceedings of the 9th International Conference ICINCO’2012. 2012. Vol. 1. P. 84 – 93.Semenkin E., Semenkina M. Self-configuring Genetic Algorithm with Modified Uniform Crossover Operator / Advances in Swarm Intelligence. Lecture Notes in Computer Science. 2012. P. 414 – 421.Semenkin E., Semenkina M. Self-configuring Genetic Algorithm with Modified Uniform Crossover Operator / Advances in Swarm Intelligence. Lecture Notes in Computer Science. 2012. P. 414 – 421.Le Bail A. The Profile of a Bragg Reflection for Extracting Intensities. Ch. 5. Powder Diffraction Theory and Practice. — Cambridge. Royal Society of Chemistry, 2008. — 571 p.Le Bail A. The Profile of a Bragg Reflection for Extracting Intensities. Ch. 5. Powder Diffraction Theory and Practice. — Cambridge. Royal Society of Chemistry, 2008. — 571 p.Nicola V. Y. Scarlett, Ian C. Madsen, Lachlan M. D. Cranswick et al. / Round Robin on Quantitative phase analysis: samples 2 / J. Appl. Cryst. 2002. N 35. P. 383 – 400.Nicola V. Y. Scarlett, Ian C. Madsen, Lachlan M. D. Cranswick et al. / Round Robin on Quantitative phase analysis: samples 2 / J. Appl. Cryst. 2002. N 35. P. 383 – 400.Международный банк данных по кристаллоструктурным данным (ICSD). On-line: www2.fiz-karlsruhe.de/icsd_publications.html.Inorganic Crystal Structure Database (ICSD). On-line: www2.fiz-karlsruhe.de/icsd_publications.html.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.