2018-12-01 00:58:01
SudokuX射线揭示了不透明材料内的运动

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沿着海滩漫步时,我们的脚印告诉我们,表面下的沙子必须移动但不准确地移动到何处或如何移动。许多其他天然和人造物质也会发生类似的运动,例如雪,建筑材料,药用粉末,甚至谷物。

为了检查这些很大程度上是未知的颗粒运动,从悉尼中心的地质力学和矿用材料(SciGEM)包括土木工程系教授,板井Einav和博士后,詹姆斯·贝克博士学者已经开发出一种新的X射线法,允许科学家看到内部颗粒流。命名为X射线流变学或“书写流程”,他们的方法使用3点高速射线照相收集信息,然后通过解决数独式拼图来组装这些信息。

“想象一下磨豆机中的咖啡,筒仓里的米饭和输送机上的矿物质 - 很长一段时间我们都知道隐藏在整体内部的颗粒会移动,但直到现在我们还没有准确理解。我们的X射线流变学是第一次解决这个问题的物理方法,“Einav教授解释道。

这一突破是该团队的“DynamiX”实验室的最新成果,该实验室是一个独特的定制设施,成立于2015年,旨在研究流动的颗粒介质。该实验室由一个大型铅衬X射线室组成,有三个可移动的源 - 探测器对,可以对许多不同的实验进行询问,还有一个外部控制室。

新的X射线流变技术能够形成移动颗粒的三维图像,这有助于研究人员更好地了解颗粒在各种情况下如何流动和表现。在许多实例中,他们发现粒状介质倾向于以独特的图案和波浪流动。

“与流体不同,我们发现受限制的三维稳定颗粒流通过收缩和膨胀循环产生,即'颗粒肺'。再次,与流体不同,我们还发现颗粒往往沿着平行线行进,甚至接近弯曲边界。

通过对各种粒状材料的试验,该团队还发现,形状是决定流动的重要因素,例如细长的大麦粒子比球形粒子移动得更快。在其他情况下,不同类型的谷物可能具有聚集在一起或“分离”的趋势,就像在清空谷物盒时一样。

研究人员的研究结果可以应用于许多行业,例如帮助开发更好的可食用谷物筒仓解决方案,防止农业和大规模食品制造中的浪费和腐败,以及更有效的运输和储存矿产资源。

“到目前为止,了解不透明材料中的颗粒状运动长期以来一直是工程,科学,采矿甚至农业等许多行业面临的挑战,”James Baker博士解释说。

“潜在的好处涉及许多领域,无论是了解药用粉末的混合还是有效运输食品谷物或建筑材料。”

Einav教授希望他的团队使用逻辑游戏来回答长期被误解的科学问题的创造性方法可能有助于重新思考其他研究方法,“我们已经成功地将一种新方法应用于持续的问题 - 所以我们必须问其他游戏如何帮助我们进一步取得突破?“

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