“数独”x射线揭示了不透明材料的运动

沿着海滩行走，我们的脚印告诉我们，地表下的沙子肯定会移动，但不知道具体在哪里或如何移动。其他很多自然和人造的物质也会有类似的运动，比如雪、建筑材料、药粉，甚至谷物。

为了研究这些基本未知的颗粒运动，来自悉尼地质力学和采矿材料中心(SciGEM)的学者，包括土木工程教授Itai Einav和博士后研究员James Baker博士开发了一种新的X射线方法，使科学家能够看到内部的颗粒流。他们的方法被命名为X射线流变学或“书写过程”，使用3点高速射线照相术来收集信息，然后通过解决数独谜题来汇集信息。

“想象一下磨豆机里的咖啡、筒仓里的大米和传送带上的矿物——很长一段时间我们都知道隐藏在整体内部的粒子会运动，但直到现在我们还没有准确地理解它。我们的X射线流变学是解决这个问题的第一个物理方法，”Einav教授解释道。

这一突破是该团队“DynamiX”实验室的最新成果，该实验室是2015年建立的一个独特的定制设施，用于研究流动的粒状介质。实验室由一个大型铅衬X射线室和一个外部控制室组成，X射线室有三个可移动的源-探测器对，可以查询许多不同的实验。

新的X射线流变技术可以形成移动粒子的三维图像，这有助于研究人员更好地了解粒子在各种情况下的流动和行为。在许多情况下，他们发现粒状介质往往以独特的模式和波形流动。

“与流体不同，我们发现受限制的三维稳定粒子流是由收缩和膨胀循环产生的，即‘粒子肺’。第三，与流体不同，我们还发现粒子倾向于沿着平行线行进，甚至靠近弯曲的边界。

通过对各种颗粒物质的实验，研究小组还发现，形状是决定流动的重要因素。例如，细长的大麦颗粒比球形颗粒移动得快。在其他情况下，不同类型的谷物可能有聚集或“分离”的趋势，就像清空谷物箱一样。

研究人员的研究成果可以应用于许多行业，例如帮助开发更好的食用粮仓解决方案，防止农业和大规模食品制造中的浪费和腐败，更有效地运输和储存矿产资源。

“到目前为止，理解不透明材料中的颗粒运动对许多行业来说都是一个挑战，如工程、科学、采矿甚至农业，”詹姆斯贝克博士解释说。

“潜在的好处涉及许多领域，无论是了解药粉的混合，还是有效地运输粮食或建筑材料。”

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一个持续存在的问题——所以我们不得不问，其他游戏如何才能帮助我们取得进一步的突破？”

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