Collision cascade
کنڈینسڈ میٹر فزکس میں، تصادم کا جھرن (جسے نقل مکانی کا جھرن یا نقل مکانی کا سپائک بھی کہا جاتا ہے) قریبی ملحقہ توانائی (عام تھرمل توانائیوں سے بہت زیادہ) ایٹموں کے تصادم کا ایک مجموعہ ہے جو کسی ٹھوس یا مائع میں ایک توانائی بخش ذرہ کے ذریعے پیدا ہوتا ہے۔ اگر تصادم کے جھرن میں زیادہ سے زیادہ ایٹم یا آئن توانائیاں مادے کی حد کی نقل مکانی کی توانائی (دسیوں ای وی یا اس سے زیادہ) سے زیادہ ہیں، تو تصادم ایٹموں کو ان کے جالی والے مقامات سے مستقل طور پر منتقل کر سکتے ہیں اور نقائص پیدا کر سکتے ہیں۔ ابتدائی توانا ایٹم، مثال کے طور پر، ایک ذرہ ایکسلریٹر سے ایک آئن ہو سکتا ہے، ایک جوہری ریکوئل جو گزرتے ہوئے ہائی انرجی نیوٹرون، الیکٹران یا فوٹون سے پیدا ہوتا ہے، یا اس وقت پیدا ہوتا ہے جب تابکار نیوکلئس کا خاتمہ ہوتا ہے اور ایٹم کو ریکوئل توانائی دیتا ہے۔ تصادم کے جھرنوں کی نوعیت ریکوئل/آنے والے آئن کی توانائی اور کمیت اور مادے کی کثافت (رکنے کی طاقت) کے لحاظ سے مضبوطی سے مختلف ہو سکتی ہے۔ لکیری جھرن جب ابتدائی ریکوئل/آئن ماس کم ہوتا ہے، اور جس مواد میں جھرن واقع ہوتی ہے اس کی کثافت کم ہوتی ہے (یعنی۔ ریکوئل-مادی امتزاج میں رکنے کی طاقت کم ہوتی ہے)، ابتدائی ریکوئل اور نمونے والے ایٹموں کے درمیان تصادم شاذ و نادر ہی ہوتے ہیں، اور ایٹموں کے درمیان آزاد بائنری تصادم کے سلسلے کے طور پر اچھی طرح سے سمجھا جا سکتا ہے۔ اس قسم کے جھرن کا نظریاتی طور پر بائنری کولیژن اپروکسیمیشن (بی سی اے) تخروپن نقطہ نظر کا استعمال کرتے ہوئے اچھی طرح سے علاج کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، 10 کے وی سے کم توانائیوں والے ایچ اور ہی آئنوں سے توقع کی جا سکتی ہے کہ وہ تمام مادوں میں خالص طور پر لکیری جھرنوں کا باعث بنیں گے۔ سب سے زیادہ استعمال ہونے والا بی سی اے کوڈ ایس آر آئی ایم 1 جی ای وی کی آئن توانائیوں تک تمام مادوں میں تمام آئنوں کے لیے بے ترتیب مادوں میں لکیری تصادم کے جھرنوں کی تقلید کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، نوٹ کریں کہ ایس آر آئی ایم الیکٹرانک توانائی کے جمع ہونے سے ہونے والے نقصان یا پرجوش الیکٹرانوں سے پیدا ہونے والے نقصان جیسے اثرات کا علاج نہیں کرتا ہے۔ استعمال ہونے والی جوہری اور الیکٹرانک رکنے والی طاقتیں تجربات کے لیے اوسط فٹ ہیں، اور اس طرح بالکل درست بھی نہیں ہیں۔ الیکٹرانک سٹاپنگ پاور کو بائنری تصادم کے تخمینے یا مالیکیولر ڈائنامکس (ایم ڈی) تخروپن میں آسانی سے شامل کیا جا سکتا ہے۔ ایم ڈی سمیلیشنز میں انہیں یا تو رگڑ قوت کے طور پر یا زیادہ جدید انداز میں الیکٹرانک نظاموں کو گرم کرنے اور الیکٹرانک اور جوہری ڈگری آف فریڈم کو جوڑ کر بھی شامل کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، اس بات پر غیر یقینی صورتحال برقرار ہے کہ الیکٹرانک اسٹاپنگ پاور یا الیکٹران-فونون جوڑی کی مناسب کم توانائی کی حد کیا ہے۔ لکیری جھرنوں میں نمونے میں پیدا ہونے والے ریکوئلز کے سیٹ کو ریکوئل نسلوں کے سلسلے کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے جو اس بات پر منحصر ہے کہ اصل تصادم کے بعد سے تصادم کے کتنے مراحل گزر چکے ہیں: پرائمری ناک آن ایٹم (پی کے اے)، سیکنڈری ناک آن ایٹم (ایس کے اے)، ترتیری ناک آن ایٹم (ٹی کے اے) وغیرہ۔ چونکہ اس بات کا انتہائی امکان نہیں ہے کہ تمام توانائی کو ناک آن ایٹم میں منتقل کیا جائے گا، اس لیے ریکوئل ایٹموں کی ہر نسل میں پچھلے کے مقابلے اوسطا کم توانائی ہوتی ہے، اور آخر کار ناک آن ایٹم توانائیاں نقصان کی پیداوار کے لیے دہلیز ڈسپلیسمنٹ انرجی سے نیچے جاتی ہیں، جس مقام پر مزید کوئی نقصان پیدا نہیں کیا جا سکتا۔ ہیٹ اسپائکس (تھرمل اسپائکس) جب آئن کافی بھاری اور توانا ہوتا ہے، اور مواد گھنے ہوتا ہے، تو آئنوں کے درمیان تصادم ایک دوسرے کے اتنے قریب ہو سکتے ہیں کہ انہیں ایک دوسرے سے آزاد نہیں سمجھا جا سکتا۔ اس صورت میں یہ عمل سینکڑوں اور دسیوں ہزار ایٹموں کے درمیان کئی جسموں کے تعاملات کا ایک پیچیدہ عمل بن جاتا ہے، جس کا علاج بی سی اے کے ساتھ نہیں کیا جا سکتا، لیکن سالماتی حرکیات کے طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے ماڈل بنایا جا سکتا ہے۔ عام طور پر، گرمی کے اضافے کی خصوصیت جھرن کے مرکز میں ایک عارضی کم گھنے علاقے کی تشکیل اور اس کے ارد گرد ایک زیادہ گھنے علاقے کی تشکیل ہوتی ہے۔ سیٹز |author2 = J. ایس۔ کوہلر |year = 1956 |chapter = تابکاری کے دوران ایٹموں کی نقل مکانی |editor1 = F۔ سیٹز |editor2 = D۔ ٹرن بل |title = سالڈ اسٹیٹ فزکس |volume = 2 |page = 307 |publisher = اکیڈمک پریس |oclc = |isbn =} جھرن کے بعد، حد سے زیادہ خطہ انٹرسٹیشیل نقائص بن جاتا ہے، اور کم گھنے خطہ عام طور پر خالی جگہوں کا خطہ بن جاتا ہے۔ اگر گھنے تصادم کے علاقے میں ایٹموں کی حرکی توانائی کو درجہ حرارت میں دوبارہ شمار کیا جائے (بنیادی مساوات E = 3/2·N·kBT کا استعمال کرتے ہوئے)، تو پتہ چلتا ہے کہ درجہ حرارت کی اکائیوں میں حرکی توانائی ابتدائی طور پر 10,000 K کی ترتیب میں ہوتی ہے۔ اس وجہ سے، اس خطے کو بہت گرم سمجھا جا سکتا ہے، اور اس لیے اسے ہیٹ اسپائیک یا تھرمل اسپائیک کہا جاتا ہے (دونوں اصطلاحات کو عام طور پر مساوی سمجھا جاتا ہے)۔ حرارت کا اضافہ 1-100 ps میں ماحول کے درجہ حرارت تک ٹھنڈا ہو جاتا ہے، اس لیے یہاں "درجہ حرارت" تھرموڈینامک توازن درجہ حرارت سے مطابقت نہیں رکھتا ہے۔ تاہم، یہ دکھایا گیا ہے کہ تقریبا 3 جالی کمپن کے بعد، حرارت کے اضافے میں ایٹموں کی حرکی توانائی کی تقسیم میکسویل-بولٹزمین کی تقسیم ہے، جس سے درجہ حرارت کے تصور کا استعمال کسی حد تک جائز ہے۔ مزید برآں، تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ حرارت میں اضافہ ایک مرحلے کی منتقلی کو جنم دے سکتا ہے جس کے لیے بہت زیادہ درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ (غیر توازن) درجہ حرارت کا تصور تصادم کے جھرنوں کو بیان کرنے میں واقعی مفید ہے۔ بہت سے معاملات میں، ایک ہی تابکاری کی حالت لکیری جھرنوں اور گرمی کے اسپائکس کا مجموعہ ہے۔ مثال کے طور پر، کیو پر بمباری کرنے والے 10 می وی کیو آئن ابتدائی طور پر لکیری جھرن نظام میں جالی میں حرکت کرتے ہیں، کیونکہ جوہری رکنے کی طاقت کم ہوتی ہے۔ لیکن ایک بار جب کیو آئن کافی سست ہو جائے گا، تو نیوکلیئر سٹاپنگ پاور میں اضافہ ہوگا اور ہیٹ اسپائیک پیدا ہوگا۔ مزید برآں، آنے والے آئنوں کی بہت سی ابتدائی اور ثانوی بازیافتوں میں ممکنہ طور پر کے وی رینج میں توانائیاں ہوں گی اور اس طرح گرمی میں اضافہ ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، تانبے کی تابکاری کے لیے، تقریبا 5-20 KeV کی ریکوئل توانائیاں گرمی کے اضافے پیدا کرنے کی تقریبا ضمانت دیتی ہیں۔ کم توانائیوں پر، جھرن توانائی مائع نما زون پیدا کرنے کے لیے بہت کم ہوتی ہے۔ بہت زیادہ توانائیوں پر، سی یو آئن زیادہ تر ممکنہ طور پر ابتدائی طور پر ایک لکیری جھرن کی طرف لے جاتے ہیں، لیکن بازگشت گرمی کے اضافے کا باعث بن سکتی ہے، جیسا کہ ابتدائی آئن کافی سست ہونے کے بعد ہوتا ہے۔ سب کاسکیڈ بریک ڈاؤن تھریشولڈ انرجی کا تصور "اس توانائی کی نشاندہی کرتا ہے جس کے اوپر کسی مادے میں ریکوئل ایک گھنے مادے کے بجائے کئی الگ تھلگ حرارت کے اسپائکس پیدا کرنے کا امکان ہے۔ گرمی کے اضافے کے نظام میں تصادم کے جھرنوں کی کمپیوٹر تخروپن پر مبنی حرکت پذیری یوٹیوب پر دستیاب ہیں۔ تیز بھاری آئن تھرمل اسپائکس تیز بھاری آئن، یعنی۔ ایم ای وی اور جی ای وی بھاری آئن جو بہت مضبوط الیکٹرانک سٹاپنگ سے نقصان پہنچاتے ہیں، ان کو تھرمل اسپائکس پیدا کرنے کے لیے بھی سمجھا جا سکتا ہے اس معنی میں کہ وہ مضبوط جالی حرارتی اور ایک عارضی بے ترتیب ایٹم زون کا باعث بنتے ہیں۔ تاہم، کم از کم نقصان کے ابتدائی مرحلے کو کولمب دھماکے کے طریقہ کار کے لحاظ سے بہتر سمجھا جا سکتا ہے۔ حرارتی طریقہ کار سے قطع نظر، یہ اچھی طرح سے قائم ہے کہ موصلیت میں تیز بھاری آئن عام طور پر آئن ٹریک تیار کرتے ہیں جو کم کثافت کے لمبے سلنڈریکل نقصان والے زون بناتے ہیں۔ وقت کا پیمانہ تصادم کے جھرن کی نوعیت کو سمجھنے کے لیے، متعلقہ وقت کے پیمانے کو جاننا بہت ضروری ہے۔ جھرن کا بیلسٹک مرحلہ، جب ابتدائی آئن/ریکوئل اور اس کے بنیادی اور نچلے درجے کے ریکوئلز کی توانائیاں حد کی نقل مکانی کی توانائی سے بہت اوپر ہوتی ہیں، عام طور پر 0.1-0.5 ps تک رہتی ہیں۔ اگر ہیٹ اسپائیک بنتا ہے، تو یہ کچھ 1-100 ps تک زندہ رہ سکتا ہے جب تک کہ اسپائیک درجہ حرارت بنیادی طور پر ماحول کے درجہ حرارت تک ٹھنڈا نہ ہو جائے۔ جھرن کی ٹھنڈک جالی کی حرارت کی چالکتا اور الیکٹرانک حرارت کی چالکتا کے ذریعے ہوتی ہے جب گرم آئنک ذیلی نظام الیکٹرانک-فونون جوڑے کے ذریعے الیکٹرانک کو گرم کر دیتا ہے۔ بدقسمتی سے گرم اور بے ترتیب آئنک نظام سے الیکٹران-فونن جوڑے کی شرح اچھی طرح سے معلوم نہیں ہے، کیونکہ اسے گرم الیکٹرانوں سے ایک برقرار کرسٹل ڈھانچے میں حرارت کی منتقلی کے کافی معروف عمل کے برابر نہیں سمجھا جا سکتا ہے۔ آخر میں، جھرن کا آرام کا مرحلہ، جب نقائص ممکنہ طور پر دوبارہ مل جاتے ہیں اور منتقل ہو جاتے ہیں، مواد، اس کے عیب کی منتقلی اور دوبارہ ملاپ کی خصوصیات، اور ماحول کے درجہ حرارت کے لحاظ سے چند پی ایس سے لے کر لامحدود اوقات تک چل سکتا ہے۔ اثرات نقصان کی پیداوار چونکہ جھرن میں حرکی توانائیاں بہت زیادہ ہو سکتی ہیں، اس لیے یہ مواد کو مقامی طور پر تھرموڈینامک توازن سے بہت دور لے جا سکتا ہے۔ عام طور پر اس کے نتیجے میں ناقص پیداوار ہوتی ہے۔ نقائص، مثال کے طور پر، نقطہ نقائص جیسے کہ فرینکل جوڑے، ترتیب شدہ یا بے ترتیب نقل مکانی کے لوپس، اسٹیکنگ فالٹس، یا بے ساختہ زون ہو سکتے ہیں۔ بہت سے مادوں کی طویل تابکاری ان کے مکمل امورفیزیشن کا باعث بن سکتی ہے، ایک ایسا اثر جو سلکان چپس کے آئن امپلانٹیشن ڈوپنگ کے دوران باقاعدگی سے ہوتا ہے۔ نقائص کی پیداوار نقصان دہ ہو سکتی ہے، جیسے کہ نیوکلیئر فشن اور فیوژن ری ایکٹروں میں جہاں نیوٹرون آہستہ آہستہ مادے کی مکینیکل خصوصیات کو خراب کرتے ہیں، یا ایک مفید اور مطلوبہ مادے میں ترمیم کا اثر، مثال کے طور پر، جب آئنوں کو سیمی کنڈکٹر کوانٹم ویل ڈھانچے میں متعارف کرایا جاتا ہے تاکہ لیزر کے کام کو تیز کیا جا سکے۔ یا کاربن نینو ٹیوبز کو مضبوط کرنا۔ تصادم کے جھرنوں کی ایک دلچسپ خصوصیت یہ ہے کہ پیدا ہونے والے نقصان کی حتمی مقدار ابتدائی طور پر گرمی کے اضافے سے متاثر ہونے والے ایٹموں کی تعداد سے بہت کم ہو سکتی ہے۔ خاص طور پر خالص دھاتوں میں، گرمی کے اضافے کے مرحلے کے بعد حتمی نقصان کی پیداوار سپائیک میں بے گھر ہونے والے ایٹموں کی تعداد سے کم ہو سکتی ہے۔ دوسری طرف، سیمی کنڈکٹرز اور دیگر باہمی بندھن والے مواد میں نقصان کی پیداوار عام طور پر بے گھر ہونے والے ایٹموں کی تعداد سے ملتی جلتی ہوتی ہے۔ آئنک مواد دوبارہ مربوط ہونے والے نقصان کے حصے کے حوالے سے دھاتوں یا سیمی کنڈکٹرز کی طرح برتاؤ کر سکتے ہیں۔ دیگر نتائج کسی سطح کے آس پاس کے تصادم کے جھرن اکثر پھٹنے کا باعث بنتے ہیں، دونوں لکیری اسپائیک اور ہیٹ اسپائیک حکومتوں میں۔ سطحوں کے قریب گرمی کے سپائکس بھی اکثر گڑھے کی تشکیل کا باعث بنتے ہیں۔ یہ کریٹرینگ ایٹموں کے مائع بہاؤ کی وجہ سے ہوتی ہے، لیکن اگر پروجیکٹائل کا سائز تقریبا 100,000 ایٹموں سے اوپر ہے، تو کریٹر پروڈکشن میکانزم اسی میکانزم میں بدل جاتا ہے جو گولیوں یا سیارچوں سے پیدا ہونے والے میکروسکوپک کریٹرز کا ہوتا ہے۔ حقیقت یہ ہے کہ بہت سے ایٹم جھرن سے بے گھر ہو جاتے ہیں اس کا مطلب یہ ہے کہ آئنوں کو جان بوجھ کر مواد کو ملانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، یہاں تک کہ ان مواد کے لیے بھی جو عام طور پر تھرموڈینامک طور پر غیر متزلزل ہوتے ہیں۔ اس اثر کو آئن بیم مکسنگ کہا جاتا ہے۔ تابکاری کی غیر توازن نوعیت کو مواد کو تھرموڈینامک توازن سے باہر نکالنے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے، اور اس طرح نئی قسم کے مرکب دھاتوں کی تشکیل ہوتی ہے۔ یہ بھی دیکھیں پارٹیکل شاور، اعلی توانائی کے ذرات کے درمیان بائنری تصادم کا ایک مجموعہ جس میں اکثر جوہری رد عمل شامل ہوتے ہیں تابکاری مواد سائنس COSIRES کانفرنس حوالہ جات بیرونی روابط گھنے مادے کی طبیعیات تابکاری کے اثرات