வைர இடப்பெயர்வுகள் ஒலி தடையை உடைக்கின்றன

Illustration of an intense laser pulse hitting a diamond crystal from top right, driving elastic and plastic waves (curved lines) through the material. The laser pulse creates linear defects, known as dislocations, at the points where it hits the crystal. These dislocations propagate through the material faster than the transverse speed of sound, leaving stacking faults – the lines fanning out from the impact site – behind. Image: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory.ஒரு தீவிரமான லேசர் துடிப்பு, மேல் வலதுபுறத்தில் இருந்து வைர படிகத்தைத் தாக்கி, பொருளின் வழியாக மீள் மற்றும் பிளாஸ்டிக் அலைகளை (வளைந்த கோடுகள்) செலுத்துகிறது. லேசர் துடிப்பானது படிகத்தைத் தாக்கும் இடங்களில் இடப்பெயர்வுகள் எனப்படும் நேரியல் குறைபாடுகளை உருவாக்குகிறது. இந்த இடப்பெயர்வுகள் ஒலியின் குறுக்குவெட்டு வேகத்தை விட வேகமாக பொருள் வழியாக பரவுகிறது, அடுக்கி வைப்பதில் தவறுகளை விட்டுச்செல்கிறது – தாக்கத் தளத்தில் இருந்து வெளியேறும் கோடுகள் – பின்னால்.

ஒரு அரை நூற்றாண்டு விவாதத்தைத் தீர்த்து, சிறிய நேரியல் குறைபாடுகள் ஒலி அலைகளை விட வேகமாக ஒரு படிகப் பொருள் மூலம் பரவும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டுபிடித்துள்ளனர். இந்த நேரியல் குறைபாடுகள் அல்லது இடப்பெயர்வுகள், உலோகங்களுக்கு அவற்றின் வலிமை மற்றும் வேலைத்திறனைக் கொடுக்கின்றன, ஆனால் அவை பொருட்களைப் பேரழிவு தரும் வகையில் தோல்வியடையச் செய்யலாம் – ஒவ்வொரு முறையும் நீங்கள் சோடா கேனில் இழுக்கும் தாவலை பாப் செய்யும் போது இதுவே நடக்கும்.

இந்த இடப்பெயர்வுகள் மிக வேகமாக பயணிக்க முடியும் என்ற உண்மை, விஞ்ஞானிகளுக்கு அவர்கள் தீவிர நிலைமைகளின் கீழ் பரந்த அளவிலான பொருட்களுக்குச் செய்யக்கூடிய அசாதாரண வகையான சேதங்களைப் பற்றிய புதிய மதிப்பீட்டை அளிக்கிறது – பூகம்பத்தின் சிதைவால் சிதைந்த பாறை முதல் தீவிர அழுத்தத்தால் சிதைக்கப்பட்ட விமானம்-கவசம் பொருட்கள் வரை. .

“இதுவரை, இந்த இடப்பெயர்வுகள் பொருட்கள் மூலம் எவ்வளவு வேகமாக பரவுகின்றன என்பதை யாராலும் நேரடியாக அளவிட முடியவில்லை” என்று அமெரிக்க எரிசக்தி துறையின் SLAC தேசிய முடுக்கி ஆய்வகம் மற்றும் ஸ்டான்போர்ட் பல்கலைக்கழகத்தின் பேராசிரியரான லியோரா டிரெஸ்செல்ஹாஸ்-மரைஸ் கூறினார். ஜப்பானில் உள்ள ஒசாகா பல்கலைக்கழகத்தில் நோரிமாசா ஓசாகி.

அவரது குழு X-ray ரேடியோகிராஃபியைப் பயன்படுத்தியது – உடலின் உட்புறத்தை வெளிப்படுத்தும் மருத்துவ எக்ஸ்-கதிர்களைப் போன்றது – வைரத்தின் மூலம் இடப்பெயர்வுகளை பரப்புவதற்கான வேகத்தை கடிகாரம் செய்ய, மற்ற பொருட்களுக்கும் பொருந்தும் பாடங்களை வழங்குகிறது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் தங்கள் முடிவுகளை அறிவியலில் ஒரு தாளில் தெரிவிக்கின்றனர்.

ஏறக்குறைய 60 ஆண்டுகளாக, இடப்பெயர்வுகள் ஒலியை விட வேகமாக பொருட்கள் வழியாக பயணிக்க முடியுமா என்று விஞ்ஞானிகள் விவாதித்து வருகின்றனர். பல ஆய்வுகள் அவர்களால் முடியாது என்று முடிவு செய்தன. ஆனால் சில கணினி மாதிரிகள் ஒலியை விட வேகமாக நகரத் தொடங்கியிருந்தால், ஆம், அவர்களால் முடியும் என்று குறிப்பிட்டனர்.

இந்த வேகத்திற்கு உடனடியாக ஒலி அலைகளைப் பெறுவதற்கு மிகப்பெரிய அதிர்ச்சி தேவைப்படும். ஒன்று, மற்ற காரணிகளுக்கிடையில், பொருளின் தன்மை மற்றும் வெப்பநிலையைப் பொறுத்து, காற்று அல்லது நீர் வழியாகச் செல்வதை விட திடப் பொருட்கள் வழியாக ஒலி மிக வேகமாகப் பயணிக்கிறது. காற்றின் மூலம் ஒலியின் வேகம் பொதுவாக 761 மைல் என கொடுக்கப்பட்டாலும், அது தண்ணீரின் மூலம் 3355 மைல் வேகம் மற்றும் வைரத்தின் மூலம் நம்பமுடியாத 40,000 மைல் வேகம், இது எல்லாவற்றிலும் கடினமான பொருளாகும்.

விஷயங்களை இன்னும் சிக்கலாக்கும் வகையில், திடப்பொருட்களில் இரண்டு வகையான ஒலி அலைகள் உள்ளன. நீளமான அலைகள் காற்றில் உள்ளதைப் போன்றது. ஆனால் திடப்பொருள்கள் ஒலியை கடந்து செல்வதற்கு சில எதிர்ப்பை ஏற்படுத்துவதால், அவை குறுக்கு ஒலி அலைகள் எனப்படும் மெதுவாக நகரும் அலைகளையும் வழங்குகின்றன.

அல்ட்ராஃபாஸ்ட் இடப்பெயர்வுகள் இந்த ஒலித் தடைகளை உடைக்க முடியுமா என்பதை அறிவது அடிப்படை அறிவியல் மற்றும் நடைமுறைக் கண்ணோட்டத்தில் முக்கியமானது. இடப்பெயர்வுகள் ஒலியின் வேகத்தை விட வேகமாக நகரும் போது, ​​அவை முற்றிலும் வித்தியாசமாக நடந்துகொள்கின்றன மற்றும் எதிர்பாராத தோல்விகளை விளைவிக்கும். அளவீடுகள் இல்லாமல், அந்த அல்ட்ராஃபாஸ்ட் இடப்பெயர்வுகள் எவ்வளவு சேதத்தை ஏற்படுத்தும் என்று யாருக்கும் தெரியாது.

“அதிக தோல்வி விகிதத்தின் காரணமாக யாரும் எதிர்பார்த்ததை விட ஒரு கட்டமைப்புப் பொருள் மிகவும் பேரழிவு தரும் வகையில் தோல்வியுற்றால், அது அவ்வளவு நல்லதல்ல” என்று ஆராய்ச்சிக் குழுவில் உள்ள முதுகலை அறிஞரும் ஆய்வறிக்கையின் முதல் ஆசிரியருமான கென்டோ கத்தகிரி கூறினார். “உதாரணமாக, நிலநடுக்கத்தின் போது பாறையில் வெடிப்பு ஏற்பட்டால், அது எல்லாவற்றுக்கும் அதிக சேதத்தை ஏற்படுத்தும். இந்த வகையான பேரழிவு தோல்வி பற்றி நாம் மேலும் அறிந்து கொள்ள வேண்டும்.

டிரெஸ்செல்ஹாஸ்-மரைஸின் கூற்றுப்படி, இந்த ஆய்வின் முடிவுகள் “வேகமான சாத்தியமான பொருட்கள் தோல்வி பற்றி எங்களுக்குத் தெரியும் என்று நாங்கள் நினைத்தது தவறு என்று பரிந்துரைக்கலாம்”.

இடப்பெயர்வுகள் எவ்வளவு வேகமாகப் பயணிக்க முடியும் என்பதற்கான முதல் நேரடிப் படங்களைப் பெற, டிரெசெல்ஹாஸ்-மரைஸ் மற்றும் அவரது சகாக்கள் ஜப்பானில் உள்ள SACLA எக்ஸ்ரே ஃப்ரீ-எலக்ட்ரான் லேசரில் சோதனைகளை மேற்கொண்டனர். அவர்கள் செயற்கை வைரத்தின் சிறிய படிகங்களில் சோதனை செய்தனர்.

படிகப் பொருட்கள் எவ்வாறு தோல்வியடைகின்றன என்பதைப் படிக்க டயமண்ட் ஒரு தனித்துவமான தளத்தை வழங்குகிறது. ஒன்று, உலோகங்களில் காணப்பட்டதை விட அதன் சிதைவு பொறிமுறையானது எளிமையானது, இந்த சவாலான அல்ட்ராஃபாஸ்ட் எக்ஸ்ரே இமேஜிங் சோதனைகளை விளக்குவதை எளிதாக்குகிறது.

“சேத வழிமுறைகளைப் புரிந்து கொள்ள, எங்கள் படங்களில் உள்ள அம்சங்களை அடையாளம் காண வேண்டும், அவை சந்தேகத்திற்கு இடமின்றி இடப்பெயர்வுகள், மற்ற வகை குறைபாடுகள் அல்ல” என்று காத்தகிரி கூறினார்.

இரண்டு இடப்பெயர்வுகள் சந்திக்கும் போது, ​​அவை ஒன்றையொன்று ஈர்க்கின்றன அல்லது விரட்டுகின்றன மற்றும் இன்னும் அதிகமான இடப்பெயர்வுகளை உருவாக்குகின்றன. ஒரு அலுமினிய கலவையிலிருந்து தயாரிக்கப்பட்ட சோடா கேனைத் திறக்கவும், ஏற்கனவே மூடியில் இருக்கும் பல இடப்பெயர்வுகள் – அதன் இறுதி வடிவமாக வடிவமைத்தபோது உருவாக்கப்பட்டவை – டிரில்லியன்களால் புதிய இடப்பெயர்வுகளை உருவாக்குகின்றன, இது முழுமையான சிக்கலான தோல்வியில் இறங்குகிறது. கேனின் மேல் வளைந்து, பாப் டாப் திறக்கிறது. அந்த இடைவினைகள் மற்றும் அவை எவ்வாறு செயல்படுகின்றன என்பது நாம் கவனிக்கும் பொருட்களின் அனைத்து இயந்திர பண்புகளையும் நிர்வகிக்கிறது.

“வைரத்தில், நான்கு வகையான இடப்பெயர்வுகள் மட்டுமே உள்ளன, உதாரணமாக, இரும்பில் 144 வெவ்வேறு வகையான இடப்பெயர்வுகள் உள்ளன” என்று டிரெசெல்ஹாஸ்-மரைஸ் கூறினார். வைரமானது உலோகத்தை விட மிகவும் கடினமானதாக இருக்கலாம், ஆனால் சோடா கேனைப் போலவே, அது கடினமாக அதிர்ச்சியடைந்தால் பில்லியன் கணக்கான இடப்பெயர்வுகளை உருவாக்குவதன் மூலம் வளைந்துவிடும்.

SACLA இல், குழு வைர படிகங்களில் அதிர்ச்சி அலைகளை உருவாக்க தீவிர லேசர் ஒளியைப் பயன்படுத்தியது. பின்னர் அவர்கள் அடிப்படையில் ஒரு வினாடியின் பில்லியனில் ஒரு கால அளவில் இடப்பெயர்வுகள் உருவாகி பரவும் அல்ட்ராஃபாஸ்ட் எக்ஸ்ரே படங்களை எடுத்தனர். எக்ஸ்ரே ஃப்ரீ-எலக்ட்ரான் லேசர்கள் மட்டுமே எக்ஸ்ரே பருப்புகளை போதுமான அளவு குறுகியதாகவும் இந்த செயல்முறையைப் பிடிக்க போதுமான பிரகாசமானதாகவும் இருக்கும்.

ஆரம்ப அதிர்ச்சி அலையானது படிகத்தின் வழியாக தொடர்ந்து பயணிக்கும் இரண்டு வகையான அலைகளாகப் பிரிவதை அவர்கள் கண்டறிந்தனர். மீள் அலை எனப்படும் முதல் அலை, படிகத்தை தற்காலிகமாக சிதைத்தது; அதன் அணுக்கள், நீட்டிக்கப்பட்ட மற்றும் வெளியிடப்பட்ட ரப்பர் பேண்ட் போல, உடனடியாக அவற்றின் அசல் நிலைக்குத் திரும்பின. பிளாஸ்டிக் அலை எனப்படும் இரண்டாவது அலை, படிக அமைப்பை உருவாக்கும் அணுக்களின் தொடர்ச்சியான வடிவங்களில் சிறிய பிழைகளை உருவாக்குவதன் மூலம் படிகத்தை நிரந்தரமாக சிதைத்தது.

இந்த சிறிய மாற்றங்கள் அல்லது இடப்பெயர்வுகள், படிகத்தின் அடுத்தடுத்த அடுக்குகள் ஒன்றுக்கொன்று மாற்றியமைக்கும் வகையில் ‘ஸ்டாக்கிங் தவறுகளை’ உருவாக்குகின்றன, அதனால் அவை வரிசையாக இருக்காது. இந்த ஸ்டேக்கிங் தவறுகள், லேசர் வைரத்தைத் தாக்கிய இடத்திலிருந்து வெளிப்புறமாகப் பரவுகிறது, மேலும் ஒவ்வொரு ஸ்டாக்கிங் பிழையின் முன்னணி முனையிலும் நகரும் இடப்பெயர்வு உள்ளது.

X-கதிர்கள் மூலம், மெதுவான வகை ஒலி அலைகள், குறுக்கு அலைகள் ஆகியவற்றின் வேகத்தை விட, இடப்பெயர்வுகள் வைரத்தின் வழியாக வேகமாக பரவுகின்றன என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டுபிடித்தனர் – இது இதற்கு முன்பு எந்த பொருளிலும் காணப்படவில்லை.

இப்போது, ​​​​கத்தகிரி கூறினார், குழுவானது SACLA அல்லது SLAC இன் லினாக் கோஹரென்ட் லைட் சோர்ஸ் (LCLS) போன்ற எக்ஸ்-ரே ஃப்ரீ-எலக்ட்ரான் வசதிக்கு செல்ல திட்டமிட்டுள்ளது, அதிக வேக நீளமான ஒலி அலைகளை விட இடப்பெயர்வுகள் வேகமாக பயணிக்க முடியுமா என்பதைப் பார்க்க. வைரம், இதற்கு இன்னும் சக்திவாய்ந்த லேசர் அதிர்ச்சிகள் தேவைப்படும். இடப்பெயர்வுகள் அந்த ஒலி தடையை உடைத்தால், அவை உண்மையிலேயே சூப்பர்சோனிக் என்று கருதப்படும் என்று அவர் கூறினார்.

Source link

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *