संघट्ट सोपान

संघनित-पदार्थ भौतिकी में, एक संघट्ट सोपानी (विस्थापन सोपानी या विस्थापन शूक के रूप में भी जाना जाता है) एक ठोस या तरल में ऊर्जावान कण द्वारा प्रेरित परमाणुओं के आस-पास के ऊर्जावान (साधारण तापीय ऊर्जा से बहुत अधिक) संघट्ट का एक समुच्चय है। यदि संघट्ट सोपानी में अधिकतम परमाणु या आयन ऊर्जा सामग्री की देहली विस्थापन ऊर्जा (इलेक्ट्रॉनवोल्ट या अधिक के दसियों) से अधिक है, तो संघट्ट स्थायी रूप से परमाणुओं को उनके ब्राविस जाली साइटों से विस्थापित कर सकते हैं और क्रिस्टललेखीय दोष उत्पन्न कर सकते हैं। प्रारंभिक ऊर्जावान परमाणु हो सकता है, उदाहरण के लिए, एक कण त्वरक से एक आयन, उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन या फोटॉन द्वारा उत्पादित एक परमाणु पुनरावृत्ति, या एक रेडियोसक्रिय नाभिक रेडियोसक्रिय क्षय होने पर उत्पन्न होता है और परमाणु को एक पुनरावृत्ति ऊर्जा देता है।

संघट्ट सोपानी की प्रकृति पुनरावृत्ति/आने वाले आयन की ऊर्जा और द्रव्यमान और सामग्री की घनत्व (रोकने की शक्ति (कण विकिरण)) के आधार पर दृढ़ता से भिन्न हो सकती है।

रैखिक सोपानी
जब प्रारंभिक प्रतिक्षिप्त/आयन द्रव्यमान कम होता है, और जिस सामग्री में सोपानी होता है उसका घनत्व कम होता है (अर्थात प्रतिक्षिप्त-सामग्री संयोजन में कम रोक शक्ति (कण विकिरण) होती है), प्रारंभिक पुनरावृत्ति और नमूना परमाणुओं के मध्य संघट्ट कदाचित ही कभी होता है, और परमाणुओं के मध्य स्वतंत्र द्विआधारी संघट्टों के अनुक्रम के रूप में अच्छी तरह से समझा जा सकता है। द्विआधारी संघट्ट सन्निकटन (BCA) अनुकार दृष्टिकोण का उपयोग करके इस तरह के सोपानी को सैद्धांतिक रूप से अच्छी तरह से व्यवहार किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, 10 केवी से कम ऊर्जा वाले H और He आयनों से सभी सामग्रियों में विशुद्ध रूप से रैखिक सोपानी की प्रत्याशा की जा सकती है।

पदार्थ में सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला बीसीए बीजांक एसआरआईएम 1 GeV की आयन ऊर्जा तक सभी सामग्रियों में सभी आयनों के लिए अव्यवस्थित सामग्रियों में रैखिक संघट्ट सोपानी का अनुकरण करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। ध्यान दें, हालांकि, विद्युतीय ऊर्जा जमाव के कारण क्षति या उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न क्षति जैसे प्रभावों का विवेचन नहीं करता है। उपयोग की जाने वाली परमाणु और विद्युतीय रोक शक्ति (कण विकिरण) प्रयोगों के लिए औसत फिट हैं, और इस प्रकार पूर्णतया से सटीक भी नहीं हैं। विद्युतीय रोक शक्ति को द्विआधारी संघट्ट सन्निकटन में आसानी से सम्मिलित किया जा सकता है या आणविक गतिशीलता (एमडी) अनुकार। एमडी अनुकार में उन्हें घर्षण बल के रूप में सम्मिलित किया जा सकता है      या अधिक उन्नत विधि से विद्युतीय सिस्टम के ताप का अनुसरण करके और स्वतंत्रता की विद्युतीय और परमाणु डिग्री को युग्मित करके।   हालांकि,इलेक्ट्रॉनी निरोधी क्षमता या इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन की उपयुक्त निम्न-ऊर्जा सीमा क्या है, इस पर अनिश्चितता बनी हुई है। लीनियर सोपानी में नमूने में उत्पादित प्रतिक्षिप्त्स के समुच्चय को प्रतिक्षिप्त पीढ़ियों के अनुक्रम के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जो इस तथ्य पर निर्भर करता है कि मूल संघट्ट के बाद से कितने संघट्ट चरण पारित हुए हैं: पीकेए (विकिरण) | प्राथमिक नॉक-ऑन परमाणु (पीकेए), द्वितीयक नॉक- परमाणुओं पर (SKA), तृतीयक नॉक-ऑन परमाणु (TKA), आदि। चूंकि यह बहुत कम संभावना है कि सभी ऊर्जा एक नॉक-ऑन परमाणु में स्थानांतरित हो जाएगी, प्रत्येक पीढ़ी के प्रतिक्षिप्त परमाणुओं में पिछले की तुलना में औसतन कम ऊर्जा होती है, और अंततः नॉक-ऑन परमाणु ऊर्जा क्षति उत्पादन के लिए देहली विस्थापन ऊर्जा से नीचे चली जाती है, जिस बिंदु पर और अधिक क्षति उत्पन्न नहीं किया जा सकता है।

ऊष्मा शूक (तापीय शूक)
जब आयन भारी और पर्याप्त ऊर्जावान होता है, और सामग्री सघन होती है, तो आयनों के मध्य संघट्ट एक-दूसरे के इतने निकट हो सकते हैं कि उन्हें एक-दूसरे से स्वतंत्र नहीं माना जा सकता। इस स्थिति में प्रक्रिया सैकड़ों और दसियों हजारों परमाणुओं के मध्य कई-शरीर की बातचीत की एक जटिल प्रक्रिया बन जाती है, जिसे बीसीए के साथ विवेचन नहीं किया जा सकता है, परन्तु आणविक गतिशीलता विधियों का उपयोग करके मॉडलिंग की जा सकती है।

सामान्यतः, गर्मी की वृद्धि को सोपानी के केंद्र में एक क्षणिक कम घना क्षेत्र के गठन और इसके चारों ओर एक अत्यधिक घने क्षेत्र के रूप में वर्णित किया जाता है। सोपानी के बाद, अत्यधिक सघन क्षेत्र अंतरालीय दोष बन जाता है, और कम सघन क्षेत्र सामान्यतः क्रिस्टलोग्राफिक दोष का क्षेत्र बन जाता है।

यदि घने संघट्ट के क्षेत्र में परमाणुओं की गतिज ऊर्जा को तापमान में पुनर्गणना किया जाता है (मूल समीकरण E = 3/2·N·k का उपयोग करकेBटी), कोई पाता है कि तापमान की इकाइयों में गतिज ऊर्जा प्रारंभ में 10,000 के क्रम की है। इस वजह से, इस क्षेत्र को बहुत गर्म माना जा सकता है, और इसलिए इसे ऊष्मा शूक या तापीय शूक (दो शब्द) कहा जाता है। सामान्यतः समतुल्य माना जाता है)। ऊष्मा शूक 1-100 पीएस में परिवेश के तापमान तक ठंडा हो जाता है, इसलिए यहां का तापमान ऊष्मागतिक संतुलन तापमान के अनुरूप नहीं होता है। हालांकि, यह दिखाया गया है कि लगभग 3 जाली कंपन के बाद, गर्मी की गति में परमाणुओं के गतिज ऊर्जा वितरण में मैक्सवेल-बोल्टज़मान वितरण होता है, तापमान की अवधारणा के उपयोग को कुछ हद तक उचित बनाना। इसके अतिरिक्त, प्रयोगों से पता चला है कि गर्मी की वृद्धि एक चरण संक्रमण को प्रेरित कर सकती है जिसे बहुत उच्च तापमान की आवश्यकता के लिए जाना जाता है, दिखा रहा है कि संघट्ट सोपानी का वर्णन करने में (गैर-संतुलन) तापमान की अवधारणा वास्तव में उपयोगी है।

कई स्थितियों में, समान विकिरण स्थिति रैखिक सोपानी और ऊष्मा शूक का संयोजन है। उदाहरण के लिए, Cu पर बमबारी करने वाले 10 MeV ताँबा  आयन प्रारंभ में एक रेखीय सोपानी शासन में जाली में चले जाएंगे, क्योंकि परमाणु रोकने की शक्ति (कण विकिरण) कम है। परन्तु एक बार क्यू आयन पर्याप्त रूप से धीमा हो जाएगा, तो परमाणु रोकने की शक्ति बढ़ जाएगी और गर्मी की वृद्धि उत्पन्न होगी। इसके अतिरिक्त, आने वाले आयनों के कई प्राथमिक और द्वितीयक प्रतिक्षिप्त्स में केवी रेंज में ऊर्जा होने की संभावना होती है और इस प्रकार गर्मी की वृद्धि होती है।

उदाहरण के लिए, तांबे के तांबे के विकिरण के लिए, लगभग 5-20 केवी की पुनरावृत्ति ऊर्जा लगभग गर्म शूक उत्पन्न करने की गारंटी है। कम ऊर्जा पर, तरल जैसे क्षेत्र का निर्माण करने के लिए सोपानी ऊर्जा बहुत कम होती है। बहुत अधिक ऊर्जाओं पर, क्यू आयनों की प्रारंभ में एक रैखिक सोपानी की संभावना सबसे अधिक होती है, परन्तु प्रतिक्षिप्त गर्मी के शूक को जन्म दे सकता है, जैसा प्रारंभिक आयन पर्याप्त धीमा हो जाने पर होता है। अवधारणा उप सोपानी ब्रेकडाउन देहली एनर्जी उस ऊर्जा को दर्शाती है जिसके ऊपर एक सामग्री में एक प्रतिक्षिप्त एक घने के बजाय कई अलग-अलग ऊष्मा शूक का उत्पादन करने की संभावना है।

ऊष्मा शूक शासन में संघट्ट सोपानी के परिकलक अनुकार-आधारित एनिमेशन YouTube पर उपलब्ध हैं।

तेज भारी आयन तापीय शूक
स्विफ्ट भारी आयन, यानी MeV और GeV भारी आयन जो एक बहुत मजबूत रोक शक्ति (कण विकिरण) द्वारा क्षति उत्पन्न करते हैं, को तापीय शूक उत्पन्न करने के लिए भी माना जा सकता है इस अर्थ में कि वे मजबूत जालीदार ताप और एक क्षणिक अव्यवस्थित परमाणु क्षेत्र की ओर ले जाते हैं। हालांकि, कम से कम क्षति के प्रारंभिक चरण को कूलम्ब विस्फोट तंत्र के संदर्भ में बेहतर ढंग से समझा जा सकता है। ऊष्मािंग मैकेनिज्म जो भी हो, यह अच्छी तरह से स्थापित है कि इंसुलेटर में तेजी से भारी आयन आम तौर पर लंबे बेलनाकार क्षति क्षेत्र बनाने वाले आयन ट्रैक का उत्पादन करते हैं। कम घनत्व का।

समय का पैमाना
संघट्ट सोपानी की प्रकृति को समझने के लिए, संबंधित समय के पैमाने को जानना बहुत महत्वपूर्ण है। सोपानी का बैलिस्टिक चरण, जब प्रारंभिक आयन/प्रतिक्षिप्त और इसके प्राथमिक और निचले क्रम के रीकॉइल में देहली विस्थापन ऊर्जा के ऊपर अच्छी तरह से ऊर्जा होती है, सामान्यतः 0.1-0.5 पीएस तक रहता है। यदि ऊष्मा शूक बनता है, तो यह लगभग 1-100 पीएस तक जीवित रह सकता है जब तक कि शूक तापमान अनिवार्य रूप से परिवेश के तापमान तक ठंडा न हो जाए। सोपानी का ठंडा होना जाली ताप चालकता के माध्यम से होता है और गर्म आयनिक उपतंत्र द्वारा इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन के माध्यम से विद्युतीय को गर्म करने के बाद विद्युतीय ऊष्मा चालकता द्वारा होता है। दुर्भाग्य से गर्म और अव्यवस्थित आयनिक प्रणाली से इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन की दर अच्छी तरह से ज्ञात नहीं है, क्योंकि इसे गर्म इलेक्ट्रॉनों से एक बरकरार क्रिस्टल संरचना में गर्मी के हस्तांतरण की काफी अच्छी तरह से ज्ञात प्रक्रिया के समान नहीं माना जा सकता है। अंत में, सोपानी का विश्राम चरण, जब दोष संभवतः पुनर्संयोजित और माइग्रेट होते हैं, सामग्री, इसके क्रिस्टलोग्राफिक दोष प्रवासन और पुनर्संयोजन गुणों और परिवेश के तापमान के आधार पर कुछ ps से अनंत समय तक रह सकते हैं।

क्षति उत्पादन
चूंकि सोपानी में गतिज ऊर्जा बहुत अधिक हो सकती है, यह ऊष्मागतिक संतुलन के बाहर स्थानीय स्तर पर सामग्री को चला सकता है। सामान्यतः इसका परिणाम क्रिस्टलोग्राफिक दोष उत्पादन में होता है। दोष हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, क्रिस्टलोग्राफिक दोष जैसे क्रिस्टलोग्राफिक दोष, आदेशित या अव्यवस्थित अव्यवस्था लूप, स्टैकिंग दोष, या अनाकार क्षेत्र। कई सामग्रियों के लंबे समय तक विकिरण से उनका पूर्ण अमोर्फाइजेशन हो सकता है, एक ऐसा प्रभाव जो सिलिकॉन चिप्स के आयन आरोपण डोपिंग के दौरान नियमित रूप से होता है। दोषों का उत्पादन हानिकारक हो सकता है, जैसे कि परमाणु विखंडन और संलयन रिएक्टरों में जहां न्यूट्रॉन सामग्री के यांत्रिक गुणों को धीरे-धीरे कम करते हैं, या एक उपयोगी और वांछित सामग्री संशोधन प्रभाव, उदाहरण के लिए, जब आयनों को गति बढ़ाने के लिए अर्धचालक  क्वांटम अच्छी संरचनाओं में पेश किया जाता है। एक लेजर का संचालन। या कार्बन नैनोट्यूब को मजबूत करने के लिए।

संघट्ट सोपानी की एक दिलचस्प विशेषता यह है कि उत्पन्न होने वाली क्षति की अंतिम मात्रा गर्मी की वृद्धि से प्रारंभ में प्रभावित होने वाले परमाणुओं की संख्या से बहुत कम हो सकती है। विशेष रूप से शुद्ध धातुओं में, ऊष्मा शूक चरण के बाद अंतिम क्षति का उत्पादन शूक में विस्थापित परमाणुओं की संख्या से कम परिमाण का आदेश हो सकता है। दूसरी ओर, अर्धचालक और अन्य सहसंयोजक बंधित सामग्रियों में क्षति उत्पादन सामान्यतः विस्थापित परमाणुओं की संख्या के समान होता है। पुनर्संयोजित क्षति के अंश के संबंध में आयनिक सामग्री या तो धातु या अर्धचालक की तरह व्यवहार कर सकती है।

अन्य परिणाम
एक सतह के आसपास के क्षेत्र में संघट्ट के झरने अक्सर रेखीय शूक और ऊष्मा शूक शासन दोनों में स्पटरिंग का कारण बनते हैं। सतहों के पास ऊष्मा शूक भी अक्सर गड्ढा बनाने का कारण बनते हैं। यह क्रेटरिंग परमाणुओं के तरल प्रवाह के कारण होता है, परन्तु अगर प्रक्षेप्य का आकार लगभग 100,000 परमाणुओं से ऊपर है, तो गड्ढा उत्पादन तंत्र उसी तंत्र में बदल जाता है, जो गोलियों या क्षुद्रग्रहों द्वारा निर्मित मैक्रोस्कोपिक क्रेटर का होता है। तथ्य यह है कि कई परमाणुओं को सोपानी द्वारा विस्थापित किया जाता है, इसका मतलब है कि आयनों को जानबूझकर सामग्रियों को मिश्रण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, यहां तक ​​​​कि उन सामग्रियों के लिए भी जो सामान्य रूप से ऊष्मागतिक रूप से अमिश्रणीय हैं। इस प्रभाव को आयन बीम मिश्रण के रूप में जाना जाता है। विकिरण की गैर-संतुलन प्रकृति का उपयोग सामग्री को ऊष्मागतिक संतुलन से बाहर निकालने के लिए भी किया जा सकता है, और इस प्रकार नए प्रकार के मिश्र धातु बनते हैं।

यह भी देखें

 * कण बौछार, उच्च-ऊर्जा कणों के मध्य द्विआधारी संघट्ट का एक समुच्चय जिसमें अक्सर परमाणु प्रतिक्रियाएँ सम्मिलित होती हैं
 * विकिरण सामग्री विज्ञान
 * COSIRES सम्मेलन
 * आरईआई सम्मेलन