Collision cascade
ঘনীভূত পদার্থবিজ্ঞানে, সংঘর্ষের প্রপাত (যা স্থানচ্যুতি প্রপাত বা স্থানচ্যুতি স্পাইক নামেও পরিচিত) হল নিকটবর্তী শক্তিশালী (সাধারণ তাপীয় শক্তির তুলনায় অনেক বেশি) পরমাণুর সংঘর্ষের একটি সেট যা কোনও কঠিন বা তরলে একটি শক্তিশালী কণা দ্বারা প্ররোচিত হয়। যদি সংঘর্ষের ক্যাসকেডে সর্বাধিক পরমাণু বা আয়ন শক্তি উপাদানটির প্রান্তিক স্থানচ্যুতি শক্তির (দশটি ই. ভি বা তার বেশি) চেয়ে বেশি হয়, তবে সংঘর্ষগুলি স্থায়ীভাবে তাদের জালস্থান থেকে পরমাণুগুলিকে স্থানচ্যুত করতে পারে এবং ত্রুটি তৈরি করতে পারে। প্রাথমিক শক্তিশালী পরমাণু হতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, একটি কণা ত্বরক থেকে একটি আয়ন, একটি পাসিং উচ্চ-শক্তি নিউট্রন, ইলেক্ট্রন বা ফোটন দ্বারা উত্পাদিত একটি পারমাণবিক পুনরুদ্ধার, বা যখন একটি তেজস্ক্রিয় নিউক্লিয়াস ক্ষয় হয় এবং পরমাণুকে একটি পুনরুদ্ধার শক্তি দেয় তখন উত্পাদিত হতে পারে। রিকয়েল/ইনকামিং আয়ন এবং উপাদানের ঘনত্বের (থামার শক্তি) শক্তি এবং ভরের উপর নির্ভর করে সংঘর্ষের ক্যাসকেডের প্রকৃতি দৃঢ়ভাবে পরিবর্তিত হতে পারে। লিনিয়ার ক্যাসকেড যখন প্রাথমিক পুনরুদ্ধার/আয়ন ভর কম হয়, এবং যে উপাদানটিতে ক্যাসকেড ঘটে তার ঘনত্ব কম থাকে (অর্থাৎ। রিকয়েল-উপাদান সংমিশ্রণে কম থামার ক্ষমতা থাকে), প্রাথমিক রিকয়েল এবং নমুনা পরমাণুর মধ্যে সংঘর্ষ খুব কমই ঘটে এবং পরমাণুর মধ্যে স্বাধীন বাইনারি সংঘর্ষের ক্রম হিসাবে ভালভাবে বোঝা যায়। এই ধরনের ক্যাসকেড তাত্ত্বিকভাবে বাইনারি সংঘর্ষ আনুমানিক (বিসিএ) সিমুলেশন পদ্ধতি ব্যবহার করে ভালভাবে চিকিত্সা করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, 10 কেভি-র নিচে শক্তি সহ এইচ এবং হি আয়নগুলি সমস্ত উপাদানে বিশুদ্ধ রৈখিক প্রবাহের দিকে পরিচালিত করবে বলে আশা করা যেতে পারে। সর্বাধিক ব্যবহৃত বিসিএ কোড এসআরআইএম 1 জিইভি-র আয়ন শক্তি পর্যন্ত সমস্ত উপকরণের সমস্ত আয়নগুলির জন্য বিশৃঙ্খল উপকরণগুলিতে রৈখিক সংঘর্ষের ক্যাসকেডগুলি অনুকরণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। তবে, লক্ষ্য করুন যে এস. আর. আই. এম বৈদ্যুতিন শক্তি জমা বা উত্তেজিত ইলেকট্রন দ্বারা উত্পাদিত ক্ষতির কারণে ক্ষতির মতো প্রভাবগুলির চিকিৎসা করে না। ব্যবহৃত পারমাণবিক এবং বৈদ্যুতিন স্টপিং শক্তিগুলি পরীক্ষার জন্য গড় ফিট, এবং তাই সম্পূর্ণ নির্ভুলও নয়। বৈদ্যুতিন স্টপিং শক্তি সহজেই বাইনারি সংঘর্ষের আনুমানিক বা আণবিক গতিবিদ্যা (এমডি) সিমুলেশনে অন্তর্ভুক্ত করা যেতে পারে। এম. ডি সিমুলেশনে এগুলিকে ঘর্ষণ বল হিসাবে বা আরও উন্নত পদ্ধতিতে বৈদ্যুতিন ব্যবস্থার উত্তাপ অনুসরণ করে এবং বৈদ্যুতিন ও পারমাণবিক স্বাধীনতার মাত্রা যুক্ত করে অন্তর্ভুক্ত করা যেতে পারে। যাইহোক, ইলেকট্রনিক স্টপিং পাওয়ার বা ইলেক্ট্রন-ফোনন কাপলিংয়ের উপযুক্ত নিম্ন-শক্তির সীমা কী তা নিয়ে অনিশ্চয়তা রয়ে গেছে। রৈখিক ক্যাসকেডে নমুনায় উৎপাদিত রিকয়েলের সেটকে মূল সংঘর্ষের পর থেকে কতগুলি সংঘর্ষের ধাপ পেরিয়ে গেছে তার উপর নির্ভর করে রিকয়েল প্রজন্মের ক্রম হিসাবে বর্ণনা করা যেতে পারেঃ প্রাথমিক নক-অন পরমাণু (পি. কে. এ), মাধ্যমিক নক-অন পরমাণু (এস. কে. এ), তৃতীয় নক-অন পরমাণু (টি. কে. এ) ইত্যাদি। যেহেতু সমস্ত শক্তি একটি নক-অন পরমাণুতে স্থানান্তরিত হওয়ার সম্ভাবনা অত্যন্ত কম, তাই প্রতিটি প্রজন্মের রিকয়েল পরমাণুতে আগের তুলনায় গড়ে কম শক্তি থাকে এবং শেষ পর্যন্ত নক-অন পরমাণু শক্তি ক্ষতি উৎপাদনের জন্য প্রান্তিক স্থানচ্যুতি শক্তির নিচে চলে যায়, যে সময়ে আর কোনও ক্ষতি হতে পারে না। তাপের স্পাইকগুলি (তাপীয় স্পাইকগুলি) যখন আয়নটি যথেষ্ট ভারী এবং শক্তিশালী হয় এবং উপাদানটি ঘন হয়, তখন আয়নগুলির মধ্যে সংঘর্ষগুলি একে অপরের এত কাছাকাছি ঘটতে পারে যে সেগুলিকে একে অপরের থেকে স্বাধীন বলে বিবেচনা করা যায় না। এই ক্ষেত্রে প্রক্রিয়াটি শত শত এবং হাজার হাজার পরমাণুর মধ্যে বহু-বস্তুর মিথস্ক্রিয়ার একটি জটিল প্রক্রিয়া হয়ে ওঠে, যা বিসিএ দিয়ে চিকিত্সা করা যায় না, তবে আণবিক গতিবিদ্যা পদ্ধতি ব্যবহার করে মডেল করা যেতে পারে। সাধারণত, একটি তাপ স্পাইক ক্যাসকেডের কেন্দ্রে একটি ক্ষণস্থায়ী ঘন অঞ্চল গঠন এবং এর চারপাশে একটি অতিরিক্ত ঘন অঞ্চল দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। সেইৎজ |author2 = জে। এস. কোয়েলার |year = 1956 |chapter = বিকিরণের সময় পরমাণুর স্থানচ্যুতি |editor1 = এফ। সেইৎজ |editor2 = ডি। টার্নবুল <আই. ডি. 1> = সলিড স্টেট ফিজিক্স <আই. ডি. 2> = 2 <আই. ডি. 3> = 307 <আই. ডি. 5> = অ্যাকাডেমিক প্রেস <আই. ডি. 4> = <আই. ডি. 6> =} ক্যাসকেডের পরে, অতিরিক্ত ঘনত্বের অঞ্চলটি অন্তর্বর্তী ত্রুটিতে পরিণত হয় এবং কম ঘনত্বের অঞ্চলটি সাধারণত শূন্যপদের অঞ্চলে পরিণত হয়। যদি ঘন সংঘর্ষের অঞ্চলে পরমাণুর গতিশক্তিকে তাপমাত্রায় পুনরায় গণনা করা হয় (মৌলিক সমীকরণ E = 3/2·N·kBT ব্যবহার করে), তবে দেখা যায় যে তাপমাত্রার এককে গতিশক্তির ক্রম প্রাথমিকভাবে 10,000 কেলভিন। এই কারণে, অঞ্চলটিকে খুব গরম হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে এবং তাই এটিকে তাপ স্পাইক বা তাপীয় স্পাইক বলা হয় (দুটি পদকে সাধারণত সমতুল্য হিসাবে বিবেচনা করা হয়)। তাপ স্পাইক 1-100 পিএস-এ পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় শীতল হয়, তাই এখানে "তাপমাত্রা" তাপগতিবিদ্যার ভারসাম্য তাপমাত্রার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নয়। যাইহোক, এটি দেখানো হয়েছে যে প্রায় 3টি জালযুক্ত কম্পনের পরে, তাপ স্পাইকের মধ্যে পরমাণুর গতিশক্তি বণ্টনে ম্যাক্সওয়েল-বোল্টজম্যান বন্টন রয়েছে, যা তাপমাত্রার ধারণার ব্যবহারকে কিছুটা ন্যায়সঙ্গত করে তোলে। উপরন্তু, পরীক্ষাগুলি দেখিয়েছে যে একটি তাপ স্পাইক একটি পর্যায় রূপান্তরকে প্ররোচিত করতে পারে যা খুব উচ্চ তাপমাত্রার প্রয়োজন বলে জানা যায়, যা দেখায় যে একটি (অ-ভারসাম্য) তাপমাত্রার ধারণা প্রকৃতপক্ষে সংঘর্ষের ক্যাসকেডগুলি বর্ণনা করতে কার্যকর। অনেক ক্ষেত্রে, একই বিকিরণ অবস্থা হল রৈখিক ক্যাসকেড এবং তাপ স্পাইকের সংমিশ্রণ। উদাহরণস্বরূপ, কিউ-তে বোমাবর্ষণকারী 10টি এমইভি কিউ আয়ন প্রাথমিকভাবে একটি রৈখিক ক্যাসকেড ব্যবস্থায় জালের মধ্যে চলাচল করবে, কারণ পারমাণবিক থামানোর শক্তি কম। কিন্তু একবার কিউ আয়ন যথেষ্ট ধীর হয়ে গেলে, পারমাণবিক স্টপিং শক্তি বৃদ্ধি পাবে এবং একটি তাপ স্পাইক তৈরি হবে। উপরন্তু, আগত আয়নগুলির অনেক প্রাথমিক এবং গৌণ পুনরুদ্ধারের সম্ভবত কে. ই. ভি পরিসরে শক্তি থাকবে এবং এইভাবে একটি তাপ স্পাইক তৈরি করবে। উদাহরণস্বরূপ, তামার বিকিরণের জন্য, প্রায় 5-20 কেভি-র পুনর্ব্যবহার শক্তি তাপের স্পাইক তৈরি করার প্রায় নিশ্চয়তা দেয়। নিম্ন শক্তিতে, ক্যাসকেড শক্তি তরল-সদৃশ অঞ্চল তৈরি করতে খুব কম হয়। অনেক বেশি উচ্চ শক্তিতে, কিউ আয়নগুলি সম্ভবত প্রাথমিকভাবে একটি রৈখিক প্রবাহের দিকে নিয়ে যায়, তবে পুনরুদ্ধারগুলি তাপের স্পাইকের দিকে নিয়ে যেতে পারে, যেমন প্রাথমিক আয়নটি একবার যথেষ্ট ধীর হয়ে গেলে। সাবক্যাসকেড ব্রেকডাউন থ্রেশহোল্ড এনার্জি "ধারণাটি সেই শক্তিকে বোঝায় যার উপরে কোনও পদার্থের একটি পুনরুদ্ধার একক ঘন শক্তির পরিবর্তে বেশ কয়েকটি বিচ্ছিন্ন তাপ স্পাইক তৈরি করতে পারে। হিট স্পাইক ব্যবস্থায় সংঘর্ষের ক্যাসকেডের কম্পিউটার সিমুলেশন-ভিত্তিক অ্যানিমেশন ইউটিউবে পাওয়া যায়। দ্রুত ভারী আয়ন তাপীয় স্পাইক দ্রুত ভারী আয়ন, অর্থাৎ। এমইভি এবং জিইভি ভারী আয়নগুলি যা খুব শক্তিশালী বৈদ্যুতিন স্টপিং দ্বারা ক্ষতি করে, তাপীয় স্পাইক তৈরি করে এই অর্থে বিবেচনা করা যেতে পারে যে তারা শক্তিশালী জাল গরম এবং একটি ক্ষণস্থায়ী বিশৃঙ্খল পরমাণু অঞ্চলের দিকে পরিচালিত করে। যাইহোক, কুলম্ব বিস্ফোরণ পদ্ধতির পরিপ্রেক্ষিতে ক্ষতির প্রাথমিক পর্যায়টি আরও ভালভাবে বোঝা যেতে পারে। উত্তাপ প্রক্রিয়া যাই হোক না কেন, এটি সুপ্রতিষ্ঠিত যে ইনসুলেটরগুলিতে দ্রুত ভারী আয়নগুলি সাধারণত আয়ন ট্র্যাক তৈরি করে যা হ্রাস ঘনত্বের দীর্ঘ নলাকার ক্ষতির অঞ্চল তৈরি করে। সময় স্কেল সংঘর্ষের প্রবাহের প্রকৃতি বোঝার জন্য, সংশ্লিষ্ট সময় স্কেলটি জানা খুব গুরুত্বপূর্ণ। ক্যাসকেডের ব্যালিস্টিক পর্যায়, যখন প্রাথমিক আয়ন/রিকয়েল এবং এর প্রাথমিক এবং নিম্ন-ক্রমের রিকয়েলগুলির শক্তি প্রান্তিক স্থানচ্যুতি শক্তির উপরে থাকে, সাধারণত 0.1-0.5 ps স্থায়ী হয়। যদি একটি তাপ স্পাইক গঠিত হয়, তবে এটি কিছু 1-100 পিএস-এর জন্য বেঁচে থাকতে পারে যতক্ষণ না স্পাইক তাপমাত্রা মূলত পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় শীতল হয়। গরম আয়নিক সাবসিস্টেম ইলেকট্রন-ফোনন কাপলিংয়ের মাধ্যমে ইলেকট্রনিকটিকে উত্তপ্ত করার পরে জালযুক্ত তাপ পরিবাহিতা এবং বৈদ্যুতিন তাপ পরিবাহিতা দ্বারা ক্যাসকেডের শীতলকরণ ঘটে। দুর্ভাগ্যবশত গরম এবং বিশৃঙ্খল আয়নিক সিস্টেম থেকে ইলেক্ট্রন-ফোনন সংযোগের হার সুপরিচিত নয়, কারণ এটি গরম ইলেকট্রন থেকে একটি অক্ষত স্ফটিক কাঠামোতে তাপ স্থানান্তরের মোটামুটি সুপরিচিত প্রক্রিয়ার সমানভাবে বিবেচনা করা যায় না। পরিশেষে, ক্যাসকেডের শিথিলকরণ পর্যায়, যখন ত্রুটিগুলি সম্ভবত পুনরায় একত্রিত হয় এবং স্থানান্তরিত হয়, তখন উপাদান, এর ত্রুটি স্থানান্তর এবং পুনঃসংযোগ বৈশিষ্ট্য এবং পরিবেষ্টনের তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে কয়েক পিএস থেকে অসীম সময় পর্যন্ত স্থায়ী হতে পারে। প্রভাব ক্ষতি উৎপাদন যেহেতু একটি প্রপাতের গতিশক্তি খুব বেশি হতে পারে, তাই এটি স্থানীয়ভাবে উপাদানটিকে তাপগতিবিদ্যার ভারসাম্যের বাইরে নিয়ে যেতে পারে। সাধারণত এর ফলে উৎপাদনে ত্রুটি দেখা দেয়। ত্রুটিগুলি হতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, বিন্দু ত্রুটি যেমন ফ্রেঙ্কেল জোড়া, ক্রমযুক্ত বা বিশৃঙ্খল স্থানচ্যুতি লুপ, স্ট্যাকিং ফল্ট বা নিরাকার অঞ্চল। অনেক পদার্থের দীর্ঘস্থায়ী বিকিরণ তাদের সম্পূর্ণ অ্যামরফিজেশনের দিকে নিয়ে যেতে পারে, এমন একটি প্রভাব যা সিলিকন চিপের আয়ন ইমপ্লানটেশন ডোপিংয়ের সময় নিয়মিত ঘটে। ত্রুটিগুলির উৎপাদন ক্ষতিকারক হতে পারে, যেমন পারমাণবিক বিভাজন এবং ফিউশন রিঅ্যাক্টরগুলিতে যেখানে নিউট্রনগুলি ধীরে ধীরে উপকরণগুলির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে হ্রাস করে, বা একটি দরকারী এবং পছন্দসই উপকরণ সংশোধন প্রভাব, যেমন, যখন লেজারের ক্রিয়াকলাপকে ত্বরান্বিত করার জন্য অর্ধপরিবাহী কোয়ান্টাম কূপ কাঠামোতে আয়নগুলি প্রবর্তন করা হয়। অথবা কার্বন ন্যানোটিউবগুলিকে শক্তিশালী করা। সংঘর্ষের ক্যাসকেডের একটি কৌতূহলোদ্দীপক বৈশিষ্ট্য হল যে, তাপের স্পাইক দ্বারা প্রাথমিকভাবে প্রভাবিত পরমাণুর সংখ্যার তুলনায় চূড়ান্ত পরিমাণের ক্ষতি অনেক কম হতে পারে। বিশেষত বিশুদ্ধ ধাতুতে, তাপ স্পাইক পর্বের পরে চূড়ান্ত ক্ষতির উৎপাদন স্পাইকের মধ্যে বাস্তুচ্যুত পরমাণুর সংখ্যার চেয়ে কম মাত্রায় হতে পারে। অন্যদিকে, অর্ধপরিবাহী এবং অন্যান্য সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ পদার্থগুলিতে ক্ষতির উৎপাদন সাধারণত স্থানচ্যুত পরমাণুর সংখ্যার অনুরূপ হয়। আয়নিক পদার্থগুলি পুনরায় সংযুক্ত ক্ষতির ভগ্নাংশের সাপেক্ষে ধাতু বা অর্ধপরিবাহীর মতো আচরণ করতে পারে। অন্যান্য পরিণতি একটি পৃষ্ঠের আশেপাশে সংঘর্ষের ক্যাসকেডগুলি প্রায়শই রৈখিক স্পাইক এবং তাপ স্পাইক শাসন উভয় ক্ষেত্রেই স্পাটারিংয়ের দিকে পরিচালিত করে। পৃষ্ঠতলের কাছাকাছি তাপের স্পাইকগুলি প্রায়শই গর্ত গঠনের দিকে পরিচালিত করে। এই গর্তটি পরমাণুর তরল প্রবাহের কারণে ঘটে, তবে যদি প্রক্ষেপকের আকার প্রায় 100,000 পরমাণুর উপরে হয়, তবে গর্ত উৎপাদন প্রক্রিয়াটি বুলেট বা গ্রহাণু দ্বারা উত্পাদিত ম্যাক্রোস্কোপিক গর্তগুলির মতো একই পদ্ধতিতে পরিবর্তিত হয়। অনেক পরমাণু একটি ক্যাসকেড দ্বারা স্থানচ্যুত হওয়ার অর্থ হল যে আয়নগুলি ইচ্ছাকৃতভাবে উপকরণ মিশ্রিত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, এমনকি এমন উপকরণগুলির জন্যও যা সাধারণত তাপগতিবিদ্যার দিক থেকে অমিশ্রণীয়। এই প্রভাবকে আয়ন বিম মিক্সিং বলা হয়। বিকিরণের ভারসাম্যহীন প্রকৃতি তাপগতিবিদ্যার ভারসাম্য থেকে পদার্থগুলিকে বের করে আনার জন্যও ব্যবহার করা যেতে পারে এবং এইভাবে নতুন ধরনের মিশ্র ধাতু তৈরি করা যেতে পারে। আরও দেখুন কণা ঝরনা, উচ্চ-শক্তির কণাগুলির মধ্যে বাইনারি সংঘর্ষের একটি সেট যা প্রায়শই পারমাণবিক বিক্রিয়ার সাথে জড়িত বিকিরণ উপাদান বিজ্ঞান সি. ও. এস. আই. আর. ই. এস সম্মেলন রেফারেন্স বাহ্যিক লিঙ্ক ঘনীভূত পদার্থবিজ্ঞান বিকিরণ প্রভাব