Collision cascade
அமுக்கப்பட்ட பொருள் இயற்பியலில், மோதல் அடுக்கு (இடப்பெயர்ச்சி அடுக்கு அல்லது இடப்பெயர்ச்சி ஸ்பைக் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) என்பது திடமான அல்லது திரவத்தில் உள்ள ஆற்றல்மிக்க துகள்களால் தூண்டப்பட்ட அணுக்களின் அருகிலுள்ள ஆற்றல்மிக்க (சாதாரண வெப்ப ஆற்றல்களை விட மிக அதிகமாக) மோதல்களின் தொகுப்பாகும். மோதல் அடுக்கில் அதிகபட்ச அணு அல்லது அயனி ஆற்றல்கள் பொருளின் நுழைவாயில் இடப்பெயர்ச்சி ஆற்றலை விட அதிகமாக இருந்தால் (பல்லாயிரக்கணக்கான ஈ. வி. க்கள் அல்லது அதற்கு மேற்பட்டவை), மோதல்கள் அணுக்களை அவற்றின் லட்டீஸ் தளங்களிலிருந்து நிரந்தரமாக இடமாற்றம் செய்து குறைபாடுகளை உருவாக்கலாம். ஆரம்ப ஆற்றல் அணு, எ. கா., ஒரு துகள் முடுக்கியில் இருந்து ஒரு அயனி, கடந்து செல்லும் உயர் ஆற்றல் நியூட்ரான், எலக்ட்ரான் அல்லது ஃபோட்டான் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் ஒரு அணு பின்னடைவு, அல்லது ஒரு கதிரியக்க நியூக்ளியஸ் சிதைந்து அணுவுக்கு ஒரு பின்னடைவு ஆற்றலைக் கொடுக்கும் போது உற்பத்தி செய்யப்படலாம். மோதல் அடுக்குகளின் தன்மை பின்னடைவு/உள்வரும் அயனியின் ஆற்றல் மற்றும் நிறை மற்றும் பொருளின் அடர்த்தி (நிறுத்தும் சக்தி) ஆகியவற்றைப் பொறுத்து வலுவாக மாறுபடும். ஆரம்ப பின்னடைவு/அயனி நிறை குறைவாக இருக்கும்போது, அடுக்கு ஏற்படும் பொருள் குறைந்த அடர்த்தியைக் கொண்டிருக்கும் போது (அதாவது. பின்னோக்கி-பொருள் கலவையானது குறைந்த நிறுத்த சக்தியைக் கொண்டுள்ளது), ஆரம்ப பின்னோக்கி மற்றும் மாதிரி அணுக்களுக்கு இடையிலான மோதல்கள் அரிதாகவே நிகழ்கின்றன, மேலும் அணுக்களுக்கு இடையிலான சுயாதீனமான பைனரி மோதல்களின் வரிசையாக நன்கு புரிந்து கொள்ள முடியும். இந்த வகையான அடுக்கு கோட்பாட்டளவில் பைனரி மோதல் தோராயமான (பிசிஏ) உருவகப்படுத்துதல் அணுகுமுறையைப் பயன்படுத்தி நன்கு சிகிச்சையளிக்கப்படலாம். உதாரணமாக, 10 KeV க்கும் குறைவான ஆற்றல்களைக் கொண்ட H மற்றும் He அயனிகள் அனைத்து பொருட்களிலும் முற்றிலும் நேரியல் அடுக்குகளுக்கு வழிவகுக்கும் என்று எதிர்பார்க்கலாம். 1 ஜிஇவி அயனி ஆற்றல்கள் வரை அனைத்து பொருட்களிலும் உள்ள அனைத்து அயனிகளுக்கும் ஒழுங்கற்ற பொருட்களில் நேரியல் மோதல் அடுக்குகளை உருவகப்படுத்த மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பிசிஏ குறியீடு எஸ்ஆர்ஐஎம் பயன்படுத்தப்படலாம். எவ்வாறாயினும், மின்னணு ஆற்றல் படிவு காரணமாக ஏற்படும் சேதம் அல்லது உற்சாகமான எலக்ட்ரான்களால் ஏற்படும் சேதம் போன்ற விளைவுகளுக்கு எஸ்ஆர்ஐஎம் சிகிச்சையளிக்காது என்பதை நினைவில் கொள்க. பயன்படுத்தப்படும் அணு மற்றும் மின்னணு நிறுத்த சக்திகள் சோதனைகளுக்கு சராசரியாக பொருந்துகின்றன, எனவே அவை துல்லியமாக இல்லை. மின்னணு நிறுத்தும் சக்தியை பைனரி மோதல் தோராயமாக அல்லது மூலக்கூறு இயக்கவியல் (எம். டி) உருவகப்படுத்துதல்களில் உடனடியாக சேர்க்க முடியும். எம். டி உருவகப்படுத்துதல்களில் அவை ஒரு உராய்வு சக்தியாகவோ அல்லது மின்னணு அமைப்புகளின் வெப்பத்தைப் பின்பற்றுவதன் மூலமோ மின்னணு மற்றும் அணு டிகிரி ஆஃப் ஃப்ரீடம் இணைப்பதன் மூலமோ மிகவும் மேம்பட்ட முறையில் சேர்க்கப்படலாம். இருப்பினும், மின்னணு நிறுத்த சக்தி அல்லது எலக்ட்ரான்-ஃபோனான் இணைப்பின் பொருத்தமான குறைந்த ஆற்றல் வரம்பு என்ன என்பது குறித்து நிச்சயமற்ற தன்மைகள் உள்ளன. நேரியல் அடுக்குகளில் மாதிரியில் உற்பத்தி செய்யப்படும் பின்னடைவுகளின் தொகுப்பு, அசல் மோதலுக்குப் பிறகு எத்தனை மோதல் படிகள் கடந்துவிட்டன என்பதைப் பொறுத்து பின்னடைவு தலைமுறைகளின் வரிசையாக விவரிக்கப்படலாம்ஃ முதன்மை நாக்-ஆன் அணுக்கள் (பி. கே. ஏ), இரண்டாம் நிலை நாக்-ஆன் அணுக்கள் (எஸ். கே. ஏ), மூன்றாம் நிலை நாக்-ஆன் அணுக்கள் (டி. கே. ஏ) போன்றவை. அனைத்து ஆற்றலும் ஒரு நாக்-ஆன் அணுவுக்கு மாற்றப்படுவது மிகவும் சாத்தியமில்லை என்பதால், ஒவ்வொரு தலைமுறை பின்னடைவு அணுக்களும் முந்தையதை விட சராசரியாக குறைவான ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் இறுதியில் நாக்-ஆன் அணு ஆற்றல்கள் சேத உற்பத்திக்கான நுழைவாயில் இடப்பெயர்ச்சி ஆற்றலுக்குக் கீழே செல்கின்றன, இந்த கட்டத்தில் மேலும் சேதம் ஏற்படாது. வெப்ப கூர்முனைகள் (வெப்ப கூர்முனைகள்) அயனி போதுமான கனமாகவும் ஆற்றல்மிக்கதாகவும் இருக்கும்போது, பொருள் அடர்த்தியாகவும் இருக்கும்போது, அயனிகளுக்கு இடையிலான மோதல்கள் ஒருவருக்கொருவர் மிகவும் நெருக்கமாக நிகழக்கூடும், அவை ஒருவருக்கொருவர் சுயாதீனமாக கருதப்பட முடியாது. இந்த விஷயத்தில் இந்த செயல்முறை நூற்றுக்கணக்கான மற்றும் பல்லாயிரக்கணக்கான அணுக்களுக்கு இடையிலான பல உடல் தொடர்புகளின் சிக்கலான செயல்முறையாக மாறுகிறது, இது பிசிஏ உடன் சிகிச்சையளிக்க முடியாது, ஆனால் மூலக்கூறு இயக்கவியல் முறைகளைப் பயன்படுத்தி வடிவமைக்கப்படலாம். பொதுவாக, ஒரு வெப்ப அதிகரிப்பு என்பது அடுக்கின் மையத்தில் ஒரு நிலையற்ற அடர்த்தியான பகுதியின் உருவாக்கம் மற்றும் அதைச் சுற்றியுள்ள அதிகப்படியான பகுதி ஆகியவற்றால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. சீட்ஸ் |author2 = ஜே. எஸ். கோஹ்லர் |year = 1956 |chapter = கதிர்வீச்சின் போது அணுக்களின் இடப்பெயர்ச்சி |editor1 = எஃப். சீட்ஸ் |editor2 = டி. டர்ன்புல் |title = சாலிட் ஸ்டேட் இயற்பியல் |volume = 2 |page = 307 |publisher = அகாடமிக் பிரஸ் |oclc = |isbn =} அடுக்குக்குப் பிறகு, அதிகப்படியான பகுதி இடைநிலை குறைபாடுகளாக மாறுகிறது, மேலும் அடர்த்தியான பகுதி பொதுவாக காலியிடங்களின் பகுதியாக மாறுகிறது. அடர்த்தியான மோதல்களின் பகுதியில் உள்ள அணுக்களின் இயக்க ஆற்றல் வெப்பநிலையாக மறுபரிசீலனை செய்யப்பட்டால் (அடிப்படை சமன்பாடு E = 3/2·N·kBT ஐப் பயன்படுத்தி), வெப்பநிலை அலகுகளில் இயக்க ஆற்றல் ஆரம்பத்தில் 10,000 K வரிசையில் இருப்பதைக் காணலாம். வெப்ப ஸ்பைக் 1-100 ps இல் சுற்றுப்புற வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்கிறது, எனவே இங்கே "வெப்பநிலை" வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலை வெப்பநிலையுடன் ஒத்திருக்காது. இருப்பினும், சுமார் 3 லட்டிஸ் அதிர்வுகளுக்குப் பிறகு, வெப்ப ஸ்பைக்கில் உள்ள அணுக்களின் இயக்க ஆற்றல் விநியோகம் மேக்ஸ்வெல்-போல்ட்ஸ்மேன் பரவலைக் கொண்டுள்ளது என்று நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது, இது வெப்பநிலை என்ற கருத்தை ஓரளவு நியாயப்படுத்துகிறது. மேலும், ஒரு வெப்ப ஸ்பைக் ஒரு கட்ட மாற்றத்தைத் தூண்டும் என்று சோதனைகள் காட்டுகின்றன, இது மிக அதிக வெப்பநிலை தேவை என்று அறியப்படுகிறது, இது மோதல் அடுக்குகளை விவரிக்க ஒரு (சமநிலையற்ற) வெப்பநிலை என்ற கருத்து உண்மையில் பயனுள்ளதாக இருக்கும் என்பதைக் காட்டுகிறது. பல சந்தர்ப்பங்களில், அதே கதிர்வீச்சு நிலை நேரியல் அடுக்குகள் மற்றும் வெப்ப கூர்முனைகளின் கலவையாகும். எடுத்துக்காட்டாக, 10 MeV கியூ அயனிகள் குண்டுவீச்சு கியூ ஆரம்பத்தில் ஒரு நேரியல் அடுக்கு ஆட்சியில் லட்டிஸில் நகரும், ஏனெனில் அணு நிறுத்தும் சக்தி குறைவாக உள்ளது. ஆனால் கியூ அயன் போதுமான அளவு மெதுவானவுடன், அணு நிறுத்தும் சக்தி அதிகரிக்கும் மற்றும் ஒரு வெப்ப ஸ்பைக் உற்பத்தி செய்யப்படும். மேலும், உள்வரும் அயனிகளின் பல முதன்மை மற்றும் இரண்டாம் நிலை மறுபயன்பாடுகள் கே. இ. வி வரம்பில் ஆற்றல்களைக் கொண்டிருக்கலாம், இதனால் வெப்ப ஸ்பைக் உருவாகிறது. உதாரணமாக, தாமிரத்தின் தாமிர கதிர்வீச்சுக்கு, சுமார் 5-20 KeV இன் பின்னடைவு ஆற்றல்கள் வெப்ப கூர்முனைகளை உருவாக்குவதற்கு கிட்டத்தட்ட உத்தரவாதம் அளிக்கின்றன. குறைந்த ஆற்றல்களில், அடுக்கு ஆற்றல் திரவ போன்ற மண்டலத்தை உருவாக்க மிகவும் குறைவாக உள்ளது. மிக அதிக ஆற்றல்களில், கியூ அயனிகள் ஆரம்பத்தில் ஒரு நேரியல் அடுக்குக்கு வழிவகுக்கும், ஆனால் பின்னடைவுகள் வெப்ப கூர்முனைகளுக்கு வழிவகுக்கும், அதே போல் ஆரம்ப அயனி போதுமான அளவு குறைந்தவுடன். சப் காஸ்கேட் முறிவு வரம்பு ஆற்றல் என்ற கருத்து "ஒரு பொருளின் பின்னடைவு ஒற்றை அடர்த்தியான ஒன்றைக் காட்டிலும் பல தனிமைப்படுத்தப்பட்ட வெப்ப கூர்முனைகளை உருவாக்கக்கூடிய ஆற்றலைக் குறிக்கிறது. வெப்ப அதிகரிப்பு ஆட்சியில் மோதல் அடுக்குகளின் கணினி உருவகப்படுத்துதல் அடிப்படையிலான அனிமேஷன்கள் யூடியூபில் கிடைக்கின்றன. வேகமான கன அயனி வெப்ப கூர்முனைகள் வேகமான கன அயனிகள், அதாவது. மிக வலுவான மின்னணு நிறுத்தத்தால் சேதத்தை ஏற்படுத்தும் எம்இவி மற்றும் ஜிஇவி கனமான அயனிகள், வலுவான லட்டிஸ் வெப்பம் மற்றும் ஒரு நிலையற்ற ஒழுங்கற்ற அணு மண்டலத்திற்கு வழிவகுக்கும் வகையில் வெப்ப கூர்முனைகளை உற்பத்தி செய்வதாகவும் கருதலாம். இருப்பினும், குறைந்தபட்சம் சேதத்தின் ஆரம்ப கட்டத்தை கூலோம்ப் வெடிப்பு பொறிமுறையின் அடிப்படையில் நன்கு புரிந்து கொள்ள முடியும். வெப்ப பொறிமுறை எதுவாக இருந்தாலும், மின்கடத்திகளில் உள்ள விரைவான கனமான அயனிகள் பொதுவாக குறைந்த அடர்த்தியின் நீண்ட உருளை சேத மண்டலங்களை உருவாக்கும் அயனி தடங்களை உருவாக்குகின்றன என்பது நன்கு நிறுவப்பட்டுள்ளது. நேர அளவுகோல் மோதல் அடுக்கின் தன்மையைப் புரிந்துகொள்ள, அதனுடன் தொடர்புடைய நேர அளவை அறிந்து கொள்வது மிகவும் முக்கியம். அடுக்கின் பாலிஸ்டிக் கட்டம், ஆரம்ப அயனி/பின்னடைவு மற்றும் அதன் முதன்மை மற்றும் கீழ்-வரிசை பின்னடைவுகள் நுழைவாயில் இடப்பெயர்ச்சி ஆற்றலை விட அதிகமாக ஆற்றல்களைக் கொண்டிருக்கும்போது, பொதுவாக 0.1-0.5 ps நீடிக்கும். ஒரு வெப்ப ஸ்பைக் உருவானால், ஸ்பைக் வெப்பநிலை சுற்றுப்புற வெப்பநிலைக்கு குளிர்ச்சியடையும் வரை அது சில 1-100 ps வரை வாழ முடியும். சூடான அயனி துணை அமைப்பு எலக்ட்ரான்-ஃபோனான் இணைப்பு மூலம் மின்னணு ஒன்றை சூடாக்கிய பிறகு, அடுக்கு வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் மின்னணு வெப்ப கடத்துத்திறன் மூலம் அடுக்கு குளிர்ச்சியடைகிறது. துரதிர்ஷ்டவசமாக, சூடான மற்றும் ஒழுங்கற்ற அயனி அமைப்பிலிருந்து எலக்ட்ரான்-ஃபோனான் இணைப்பின் விகிதம் நன்கு அறியப்படவில்லை, ஏனெனில் இது சூடான எலக்ட்ரான்களிலிருந்து ஒரு அப்படியே படிக கட்டமைப்பிற்கு வெப்பத்தை மாற்றுவதற்கான நன்கு அறியப்பட்ட செயல்முறைக்கு சமமாக கருதப்பட முடியாது. இறுதியாக, அடுக்கின் தளர்வு கட்டம், குறைபாடுகள் மீண்டும் ஒன்றிணைந்து இடம்பெயரும் போது, பொருள், அதன் குறைபாடு இடம்பெயர்வு மற்றும் மறுசீரமைப்பு பண்புகள் மற்றும் சுற்றுப்புற வெப்பநிலை ஆகியவற்றைப் பொறுத்து ஒரு சில பிஎஸ் முதல் எல்லையற்ற முறை வரை நீடிக்கும். விளைவுகள் சேதம் உற்பத்தி ஒரு அடுக்கில் உள்ள இயக்க ஆற்றல்கள் மிக அதிகமாக இருப்பதால், அது வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலைக்கு வெளியே உள்ளூரில் உள்ள பொருளை இயக்க முடியும். பொதுவாக இது குறைபாடுள்ள உற்பத்தியில் விளைகிறது. குறைபாடுகள், எ. கா., ஃப்ரென்கெல் ஜோடிகள் போன்ற புள்ளி குறைபாடுகள், வரிசைப்படுத்தப்பட்ட அல்லது ஒழுங்கற்ற இடப்பெயர்ச்சி சுழல்கள், அடுக்கப்பட்ட பிழைகள் அல்லது உருவமற்ற மண்டலங்களாக இருக்கலாம். பல பொருட்களின் நீடித்த கதிர்வீச்சு அவற்றின் முழு அமோர்பிசேஷனுக்கு வழிவகுக்கும், இது சிலிக்கான் சில்லுகளின் அயனி பொருத்துதல் ஊக்கமருந்து போது தவறாமல் நிகழ்கிறது. நியூட்ரான்கள் மெதுவாக பொருட்களின் இயந்திர பண்புகளை சீரழிக்கும் அணு பிளவு மற்றும் இணைவு உலைகளில் அல்லது ஒரு பயனுள்ள மற்றும் விரும்பிய பொருள் மாற்ற விளைவு போன்ற குறைபாடுகள் உற்பத்தி தீங்கு விளைவிக்கும், எ. கா., லேசரின் செயல்பாட்டை விரைவுபடுத்துவதற்காக குறைக்கடத்தி குவாண்டம் கிணறு கட்டமைப்புகளில் அயனிகள் அறிமுகப்படுத்தப்படும் போது. அல்லது கார்பன் நானோகுழாய்களை வலுப்படுத்துதல். மோதல் அடுக்குகளின் ஒரு வினோதமான அம்சம் என்னவென்றால், உற்பத்தி செய்யப்படும் சேதத்தின் இறுதி அளவு வெப்ப கூர்முனைகளால் ஆரம்பத்தில் பாதிக்கப்பட்ட அணுக்களின் எண்ணிக்கையை விட மிகக் குறைவாக இருக்கலாம். குறிப்பாக தூய உலோகங்களில், வெப்ப ஸ்பைக் கட்டத்திற்குப் பிறகு இறுதி சேதம் உற்பத்தி ஸ்பைக்கில் இடம்பெயர்ந்த அணுக்களின் எண்ணிக்கையை விட சிறிய அளவிலான வரிசைகளாக இருக்கலாம். மறுபுறம், குறைக்கடத்திகள் மற்றும் பிற சகப்பிணைக்கப்பட்ட பொருட்களில் சேதம் உற்பத்தி பொதுவாக இடம்பெயர்ந்த அணுக்களின் எண்ணிக்கையைப் போலவே இருக்கும். அயனி பொருட்கள் மறுசீரமைக்கப்பட்ட சேதத்தின் பகுதியைப் பொறுத்தவரை உலோகங்கள் அல்லது குறைக்கடத்திகளைப் போல செயல்பட முடியும். மற்ற விளைவுகள் ஒரு மேற்பரப்புக்கு அருகிலுள்ள மோதல் அடுக்குகள் பெரும்பாலும் நேரியல் ஸ்பைக் மற்றும் வெப்ப ஸ்பைக் ஆட்சிகளில் வெடிப்புக்கு வழிவகுக்கின்றன. மேற்பரப்புகளுக்கு அருகிலுள்ள வெப்ப கூர்முனைகளும் அடிக்கடி பள்ளம் உருவாவதற்கு வழிவகுக்கின்றன. இந்த பள்ளம் அணுக்களின் திரவ ஓட்டத்தால் ஏற்படுகிறது, ஆனால் தோராயமாக 100,000 அணுக்களுக்கு மேல் எறிபொருள் அளவு இருந்தால், பள்ளம் உற்பத்தி பொறிமுறை தோட்டாக்கள் அல்லது சிறுகோள்களால் உற்பத்தி செய்யப்படும் மேக்ரோஸ்கோபிக் பள்ளங்களின் அதே பொறிமுறைக்கு மாறுகிறது. பல அணுக்கள் ஒரு அடுக்கால் இடம்பெயர்கின்றன என்ற உண்மை என்னவென்றால், அயனிகள் வேண்டுமென்றே பொருட்களை கலக்க பயன்படுத்தப்படலாம், பொதுவாக வெப்ப இயக்கவியல் ரீதியாக கலக்க முடியாத பொருட்களுக்கு கூட. இந்த விளைவு அயனி கற்றை கலவை என்று அழைக்கப்படுகிறது. கதிர்வீச்சின் சமநிலையற்ற தன்மை வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலையிலிருந்து பொருட்களை வெளியேற்றவும் பயன்படுத்தப்படலாம், இதனால் புதிய வகையான உலோகக்கலவைகளை உருவாக்கலாம். மேலும் காண்க துகள் மழை, பெரும்பாலும் அணு எதிர்வினைகளை உள்ளடக்கிய உயர் ஆற்றல் துகள்களுக்கு இடையிலான பைனரி மோதல்களின் தொகுப்பு கதிர்வீச்சு பொருள் அறிவியல் COSIRES மாநாடு குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் அமுக்கப்பட்ட பொருள் இயற்பியல் கதிர்வீச்சு விளைவுகள்