数独X射线揭示了不透明材料中的运动

悉尼大学的研究人员已经开发出一种新的X射线方法，该方法涉及解决一个巨大的三维数独问题，以便更好地理解这些颗粒运动-这些发现可能会对众多行业产生重大影响。

沿着海滩漫步时，我们的足迹告诉我们，表面下的沙子一定已经移动了，但并没有精确地移动到哪里或如何移动。类似的运动在许多其他天然和人造物质中也会发生，例如雪，建筑材料，药物粉末甚至谷物。

为了研究这些基本上未知的颗粒运动，来自悉尼地质力学与采矿材料中心(SciGEM)的学者，包括土木工程学院Itai Einav教授和博士后研究助理James Baker博士，开发了一种新的X射线方法，该方法可以使科学家查看内部的细粒度流。他们的方法被称为X射线流变术或“书写流程”，它使用三点高速射线照相术收集信息，然后通过解决数独风格的难题来收集这些信息。

想象一下，在磨豆机中的咖啡，在筒仓中的米和在传送带上的矿物质-很长时间以来，我们就知道隐藏在散装物料中的谷物会移动，但是直到现在，我们仍未确切了解其运行方式。我们的X射线流变术是解决此问题的第一种物理方法，” Einav教授解释说。

该突破是该团队的“DynamiX”实验室的最新成果，该实验室于2015年成立，是一家专门定制的设施，用于研究流动的颗粒介质。实验室由一个大型的铅衬X射线室和一个外部控制室组成，该室设有三对可移动的源-探测器对(可以询问许多不同的实验)。

新的X射线流变技术可以形成运动颗粒的三维图像，这有助于研究人员更好地了解颗粒在各种情况下的流动和行为。在许多示例中，他们发现粒状介质倾向于以独特的图案和波状流动。

与流体不同，我们发现通过收缩和膨胀的循环(即“颗粒肺”)会产生有限的三维稳定颗粒流。同样，与流体不同，我们还发现晶粒趋于沿平行线传播，甚至在弯曲边界附近。

伊泰·埃纳夫教授

通过对各种颗粒材料的试验，研究小组还发现形状是决定流动的重要因素，例如，长大麦籽粒的移动速度快于球形对应物。在其他情况下，就像排空谷物箱时一样，不同类型的谷物可能会聚集在一起。

研究人员的发现可应用于许多行业，例如帮助开发更好的食用谷物筒仓解决方案，防止农业和大规模食品生产中的浪费和变质，以及更有效地运输和存储采矿资源。

“迄今为止，了解不透明材料中的颗粒运动一直是许多行业的挑战，例如工程，科学，采矿甚至是农业，” James Baker博士解释说。

“潜在的好处跨越了许多领域，无论是在了解混合药物粉末还是有效运输食品谷物或建筑材料方面。”

Einav教授希望他的团队采用逻辑游戏来解答长期以来被误解的科学问题的创新方法可能有助于重新思考其他研究方法。

Einav教授说：“我们已经成功地将新颖的方法应用于了一个持续的问题上，因此我们必须问其他游戏如何帮助我们取得更大的突破。”

论文《X射线流变学》揭示了尽管非平面壁的平面颗粒流，但由Itai Einav教授，James Baker博士，FrançoisGuillard博士和Benjy Marks博士共同撰写，将于11月30日在《自然通讯》上发表。

关于悉尼地质力学和采矿材料中心

土木工程学院内的悉尼岩土力学与采矿材料中心(SciGEM)成立于2013年，目的是利用在岩土力学和岩土工程领域具有杰出技能和专业知识的优秀研究人员队伍。

该中心的目标是在地质力学，岩土工程和颗粒力学研究领域保持世界领先地位，同时扩大到诸如土壤污染和散装物料处理等较新的地球环境研究领域。

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