संघट्ट सोपान: Difference between revisions

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{{Short description|Series of collisions between nearby atoms, initiated by a single energetic atom}}
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{{About||निचली पृथ्वी की कक्षा में वस्तुओं के मध्य टकराव का परिदृश्य जिससे भग्नावशेष की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया उत्पन्न होती है जो अधिक भग्नावशेष का उत्पादन करने वाली अतिरिक्त वस्तुओं से टकराती है|केसलर संलक्षण}}
{{About||निचली पृथ्वी की कक्षा में वस्तुओं के मध्य संघट्ट का परिदृश्य जिससे भग्नावशेष की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया उत्पन्न होती है जो अधिक भग्नावशेष का उत्पादन करने वाली अतिरिक्त वस्तुओं से टकराती है|केसलर संलक्षण}}


[[File:10kevau au.gif|right|thumb|10 [[ कीव ]]ी एयू स्व-पुनरावृत्ति द्वारा प्रेरित सोने में एक संघट्ट सोपानी का शास्त्रीय आणविक गतिशीलता कंप्यूटर सिमुलेशन। यह हीट शूक शासन में संघट्ट के झरने का एक विशिष्ट मामला है। प्रत्येक छोटा गोला एक त्रि-आयामी सिमुलेशन सेल के 2-परमाणु-परत-मोटी क्रॉस सेक्शन में एक परमाणु की स्थिति को दर्शाता है। रंग (लघुगणकीय पैमाने पर) परमाणुओं की [[गतिज ऊर्जा]] दिखाते हैं, जिसमें सफेद और लाल 10 केवी से नीचे की ओर उच्च गतिज ऊर्जा होती है, और नीला कम होता है।]]संघनित-पदार्थ भौतिकी में, एक [[टक्कर|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 [[थर्मल ऊर्जा]] से बहुत अधिक) संघट्ट का एक समुच्चय है।<ref name="Ave98">
[[File:10kevau au.gif|right|thumb|10 [[ कीव |केईवी]] एयू स्व-प्रतिक्षिप्त द्वारा प्रेरित एयू में एक संघट्ट सोपान का शास्त्रीय आणविक गतिशीलता परिकलक अनुकरण है। यह ऊष्मा शूक प्रणाली में संघट्ट के सोपान की एक विशिष्ट स्थिति है। प्रत्येक छोटा गोला एक त्रि-आयामी अनुकरण कोष्ठिका के 2-परमाणु-परत-मोटी अनुप्रस्थ काट में एक परमाणु की स्थिति को दर्शाता है। रंग (लघुगणकीय मापक्रम पर) परमाणुओं की [[गतिज ऊर्जा]] को दर्शाते हैं, जिसमें सफेद और लाल 10 केईवी से नीचे की ओर उच्च गतिज ऊर्जा होती है और नीला कम होता है।]]संघनित-पदार्थ भौतिकी में, एक [[टक्कर|संघट्ट]] सोपान (विस्थापन सोपान या विस्थापन शूक के रूप में भी जाना जाता है) एक [[ठोस]] या [[तरल|द्रव]] में ऊर्जावान कण द्वारा प्रेरित परमाणुओं के आस-पास के ऊर्जावान (साधारण [[थर्मल ऊर्जा|तापीय ऊर्जा]] से बहुत अधिक) संघट्ट का एक समुच्चय है।<ref name="Ave98">
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  |author=R. S. Averback and T. Diaz de la Rubia
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यदि संघट्ट सोपानी में अधिकतम परमाणु या [[आयन]] ऊर्जा सामग्री की [[दहलीज विस्थापन ऊर्जा|देहली विस्थापन ऊर्जा]] ([[इलेक्ट्रॉन]]वोल्ट या अधिक के दसियों) से अधिक है, तो संघट्ट स्थायी रूप से परमाणुओं को उनके ब्राविस जाली साइटों से विस्थापित कर सकते हैं और [[क्रिस्टलोग्राफिक दोष|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 रेडियोधर्मी नाभिक [[रेडियोधर्मी क्षय|रेडियोसक्रिय क्षय]] होने पर उत्पन्न होता है और परमाणु को एक पुनरावृत्ति ऊर्जा देता है।
यदि संघट्ट सोपान में अधिकतम परमाणु या [[आयन]] ऊर्जा सामग्री की [[दहलीज विस्थापन ऊर्जा|देहली विस्थापन ऊर्जा]] (दसियों ईवीएस या अधिक) से अधिक है, तो संघट्ट परमाणुओं को उनके जालक स्थलों से स्थायी रूप से विस्थापित कर सकते हैं और [[क्रिस्टलोग्राफिक दोष|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 रेडियोधर्मी नाभिक [[रेडियोधर्मी क्षय|क्षय]] होने पर उत्पन्न होता है और परमाणु को एक पुनरावृत्ति ऊर्जा प्रदान करता 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।
संघट्ट सोपान की प्रकृति पुनरावृत्ति/आगमी आयन की ऊर्जा, द्रव्यमान और सामग्री के घनत्व (निरोधी शक्ति) के आधार पर दृढ़ता से भिन्न हो सकती है।


== रैखिक सोपानी ==
== रैखिक सोपान ==


[[File:bca collisions.png|right|thumb|परमाणुओं के बीच स्वतंत्र बाइनरी संघट्टों का योजनाबद्ध चित्रण]]जब प्रारंभिक हटना/आयन द्रव्यमान कम होता है, और जिस सामग्री में सोपानी होता है उसका घनत्व कम होता है (अर्थात हटना-सामग्री संयोजन में कम रोक शक्ति (कण विकिरण) होती है), प्रारंभिक पुनरावृत्ति और नमूना परमाणुओं के बीच संघट्ट शायद ही कभी होता है , और परमाणुओं के बीच स्वतंत्र बाइनरी संघट्टों के अनुक्रम के रूप में अच्छी तरह से समझा जा सकता है। [[बाइनरी टक्कर सन्निकटन|बाइनरी संघट्ट सन्निकटन]] (BCA) सिमुलेशन 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 एच और हे आयनों से सभी सामग्रियों में विशुद्ध रूप से रैखिक सोपानी की उम्मीद की जा सकती है।
[[File:bca collisions.png|right|thumb|परमाणुओं के मध्य स्वतंत्र द्विआधारी संघट्टों का योजनाबद्ध चित्रण।]]जब प्रारंभिक प्रतिक्षिप्त/आयन द्रव्यमान कम होता है और जिस सामग्री में सोपान होता है उसका घनत्व कम होता है (अर्थात प्रतिक्षिप्त-सामग्री संयोजन में कम निरोधी शक्ति होती है), प्रारंभिक पुनरावृत्ति और प्रतिरूप परमाणुओं के मध्य संघट्ट कदाचित ही कभी होता है और हो सकता है कि परमाणुओं के मध्य स्वतंत्र द्विआधारी संघट्टों के अनुक्रम के रूप में अच्छी तरह से समझा जा सकता है। [[बाइनरी टक्कर सन्निकटन|द्विआधारी संघट्ट सन्निकटन]] (बीसीए) अनुकरण दृष्टिकोण का उपयोग करके इस प्रकार के सोपान को सैद्धांतिक रूप से अच्छी तरह से व्यवहार किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, 10 केईवी से कम ऊर्जा वाले H और He आयनों से सभी सामग्रियों में विशुद्ध रूप से रैखिक सोपान की प्रत्याशा की जा सकती है।


[[File:linearcollisioncascade.png|right|thumb|एक रेखीय संघट्ट सोपानी का योजनाबद्ध चित्रण। मोटी रेखा सतह की स्थिति को दर्शाती है, और पतली रेखाएं परमाणुओं के बैलिस्टिक संचलन पथ को शुरुआत से लेकर सामग्री में रुकने तक दर्शाती हैं। बैंगनी वृत्त आने वाला आयन है। लाल, नीले, हरे और पीले घेरे क्रमशः प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्धातुक प्रतिक्षेप को दर्शाते हैं। बैलिस्टिक संघट्टों के बीच आयन सीधे रास्ते में चलते हैं।]]पदार्थ में सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला बीसीए कोड स्टॉपिंग और आयनों की सीमा<ref>[http://www.srim.org SRIM web site]</ref> 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, SRIM इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा जमाव के कारण क्षति या उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न क्षति जैसे प्रभावों का इलाज नहीं करता है। उपयोग की जाने वाली परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक रोक शक्ति (कण विकिरण) प्रयोगों के लिए औसत फिट हैं, और इस प्रकार पूरी तरह से सटीक भी नहीं हैं। इलेक्ट्रॉनिक रोक शक्ति को बाइनरी संघट्ट सन्निकटन में आसानी से शामिल किया जा सकता है<ref>{{cite journal|last1=Robinson|first1=M. T.|title=बाइनरी-टकराव सन्निकटन में ठोस पदार्थों में परमाणु-विस्थापन कैस्केड का कंप्यूटर सिमुलेशन|journal=Phys. Rev. B|date=1974|volume=9|issue=12|page=12|doi=10.1103/physrevb.9.5008|bibcode=1974PhRvB...9.5008R}}</ref> या आणविक गतिशीलता (एमडी) सिमुलेशन। एमडी सिमुलेशन में उन्हें घर्षण बल के रूप में शामिल किया जा सकता है <ref>{{cite journal|last1=Nordlund|first1=K.|title=1 -- 100 keV ऊर्जा श्रेणी में आयन श्रेणी का आणविक गतिकी अनुकरण|journal=Comput. Mater. Sci.|date=1995|volume=3|issue=4|page=448|doi=10.1016/0927-0256(94)00085-q}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Beardmore|first1=K.|title=आयन आरोपण के कारण डोपेंट प्रोफाइल की गणना के लिए एक कुशल आणविक गतिशीलता योजना|journal=Phys. Rev. E|date=1998|volume=57|issue=6|page=7278|arxiv=physics/9901054|bibcode=1998PhRvE..57.7278B|doi=10.1103/PhysRevE.57.7278|s2cid=13994369}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Caturla|first1=M.|s2cid=38579564|title=Ion-beam processing of silicon at keV energies: A molecular-dynamics study|journal=Phys. Rev. B|date=1996|volume=54|issue=23|pages=16683–16695|bibcode=1996PhRvB..5416683C|doi=10.1103/PhysRevB.54.16683|pmid=9985796}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Hobler|first1=G.|title=रिकॉइल इंटरेक्शन सन्निकटन में आणविक गतिकी सिमुलेशन के अनुप्रयोग की उपयोगी सीमा पर|journal=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B|date=2001|volume=180|issue=1–4|page=203|doi=10.1016/s0168-583x(01)00418-9|bibcode=2001NIMPB.180..203H}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Smith|first1=R.|title=Molecular Dynamics Simulation of 0.1 -- 2 keV ion bombardment of Ni {100}|journal=Rad. Eff. Def. In Sol.|date=1997|volume=141|issue=1–4|page=425|doi=10.1080/10420159708211586}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Duvenbeck|first1=A.|title=परमाणु टक्कर कैस्केड में इलेक्ट्रॉन प्रचार और इलेक्ट्रॉनिक घर्षण|journal=New J. Phys.|date=2007|volume=9|issue=2|page=38|bibcode=2007NJPh....9...38D|doi=10.1088/1367-2630/9/2/038|doi-access=free}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Hou|first1=M.|s2cid=123595658|title=Au(111) सतहों पर AuN समूहों का निक्षेपण। I. परमाणु-पैमाने पर मॉडलिंग|journal=Phys. Rev. B|date=2000|volume=62|issue=4|page=2825|bibcode=2000PhRvB..62.2825H|doi=10.1103/PhysRevB.62.2825}}</ref><ref name="Bjo09">{{cite journal|last1=Bjorkas|first1=C.|title=Fe में आयन बीम मिश्रण, इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन और क्षति उत्पादन के बीच संबंध का आकलन|journal=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B|date=2009|volume=267|issue=10|page=1830|doi=10.1016/j.nimb.2009.03.080|bibcode=2009NIMPB.267.1830B}}</ref> या अधिक उन्नत तरीके से इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के ताप का अनुसरण करके और स्वतंत्रता की इलेक्ट्रॉनिक और परमाणु डिग्री को युग्मित करके।<ref>{{cite journal|last1=Pronnecke|first1=S.|title=Cu में थर्मल स्पाइक्स की गतिशीलता पर इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा हानि का प्रभाव|journal= Journal of Materials Research|date=1991|volume=6|issue=3|page=483|doi=10.1557/jmr.1991.0483|bibcode=1991JMatR...6..483P|url=http://doc.rero.ch/record/298280/files/S0884291400010050.pdf}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Duffy|first1=D. M.|s2cid=122777435|title=विकिरण क्षति सिमुलेशन में इलेक्ट्रॉनिक रोक और इलेक्ट्रॉन-आयन इंटरैक्शन के प्रभाव सहित|journal=J. Phys.: Condens. Matter|date=2007|volume=17|issue=1|page=016207|bibcode=2007JPCM...19a6207D|doi=10.1088/0953-8984/19/1/016207}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Tamm|first1=A.|title=शास्त्रीय आणविक गतिशीलता के भीतर इलेक्ट्रॉन-फोनन बातचीत|journal=Phys. Rev. B|date=2016|volume=94|issue=1|page=024305|bibcode=2016PhRvB..94a4305L|doi=10.1103/PhysRevB.94.014305}}</ref> हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक रोक शक्ति या इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन की उपयुक्त निम्न-ऊर्जा सीमा क्या है, इस पर अनिश्चितता बनी हुई है।<ref name="Bjo09" /><ref>{{cite journal|last1=Sand|first1=A. E.|title=टंगस्टन में फ्यूजन न्यूट्रॉन द्वारा शुरू किए गए बड़े पैमाने पर कैस्केड में विकिरण क्षति उत्पादन|journal=J. Nucl. Mater.|date=2014|volume=455|issue=1–3|page=207|doi=10.1016/j.jnucmat.2014.06.007|bibcode=2014JNuM..455..207S}}</ref>
[[File:linearcollisioncascade.png|right|thumb|एक रेखीय संघट्ट सोपान का योजनाबद्ध चित्रण है। मोटी रेखा सतह की स्थिति को दर्शाती है और पतली रेखाएं परमाणुओं के प्राक्षेपिकीय संचलन पथ को प्रारंभ से लेकर सामग्री में रुकने तक दर्शाती हैं। बैंगनी वृत्त आने वाला आयन है। लाल, नीले, हरे और पीले घेरे क्रमशः प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्धातुक प्रतिक्षेप को दर्शाते हैं। प्राक्षेपिकीय संघट्टों के मध्य आयन सीधे पथ में स्थानांतरण करते हैं।]]पदार्थ में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला बीसीए बीजांक एसआरआईएम<ref name=":0">[http://www.srim.org SRIM web site]</ref> 1 [[GeV|जीईवी]] की आयन ऊर्जा तक सभी सामग्रियों में सभी आयनों के लिए अव्यवस्थित सामग्रियों में रैखिक संघट्ट सोपान का अनुकरण करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। ध्यान दें, हालांकि, <ref name=":0" /> एसआरआईएम इलेक्ट्रानिकी ऊर्जा निक्षेपण के कारण क्षति या उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों (अतिसूक्ष्म परमाणु) द्वारा उत्पन्न क्षति जैसे प्रभावों का विवेचन नहीं करता है। उपयोग की जाने वाली परमाणु और इलेक्ट्रॉनी निरोधी शक्तियां प्रयोगों के लिए औसत अनुरूप हैं और इस प्रकार पूर्णतया से सटीक भी नहीं हैं। इलेक्ट्रॉनी निरोधी क्षमता को द्विआधारी संघट्ट सन्निकटन या आणविक गतिशीलता (एमडी) अनुकरणो में सरलता से सम्मिलित किया जा सकता है। <ref>{{cite journal|last1=Robinson|first1=M. 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लीनियर सोपानी में नमूने में उत्पादित रिकॉइल्स के समुच्चय को रिकॉइल पीढ़ियों के अनुक्रम के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जो इस बात 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 रिकॉइल परमाणुओं में पिछले की तुलना में औसतन कम ऊर्जा होती है, और अंततः नॉक-ऑन परमाणु ऊर्जा क्षति उत्पादन के लिए थ्रेसहोल्ड विस्थापन ऊर्जा से नीचे चली जाती है, जिस बिंदु पर और अधिक नुकसान उत्पन्न नहीं किया जा सकता है।
रैखिक सोपान में प्रतिरूपो में उत्पादित प्रतिक्षिप्त के समुच्चय को प्रतिक्षिप्त उत्पादन के अनुक्रमों के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जो इस तथ्य पर निर्भर करता है कि मूल संघट्ट के पश्चात कितने संघट्ट चरण पारित हुए हैं: प्राथमिक प्रघातक्षिप्त परमाणु (पीकेए), द्वितीयक प्रघातक्षिप्त परमाणु (एसकेए), तृतीयक प्रघातक्षिप्त परमाणु (टीकेए), आदि। चूंकि यह बहुत कम संभावना है कि सभी ऊर्जाओं को एक प्रघातक्षिप्त परमाणुओं में स्थानांतरित किया जाएगा, प्रत्येक उत्पादन के प्रतिक्षिप्त परमाणुओं में पिछले की तुलना में औसतन कम ऊर्जा होती है और अंततः प्रघातक्षिप्त क्षति उत्पादन के लिए परमाणु ऊर्जा देहली विस्थापन ऊर्जा से नीचे चली जाती है, जिस बिंदु पर और अधिक क्षति उत्पन्न नहीं की जा सकती है।


== हीट शूक्स (थर्मल शूक्स) ==
== ऊष्मा शूक (तापीय शूक) ==


जब आयन भारी और पर्याप्त ऊर्जावान होता है, और सामग्री सघन होती है, तो आयनों के बीच संघट्ट एक-दूसरे के इतने निकट हो सकते हैं कि उन्हें एक-दूसरे से स्वतंत्र नहीं माना जा सकता। इस मामले में प्रक्रिया सैकड़ों और दसियों हजारों परमाणुओं के बीच कई-शरीर की बातचीत की एक जटिल प्रक्रिया बन जाती है, जिसे बीसीए के साथ इलाज नहीं किया जा सकता है, लेकिन आणविक गतिशीलता विधियों का उपयोग करके मॉडलिंग की जा सकती है।<ref name="Ave98" /><ref name="Gib60">
जब आयन सघन 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 हैं। इस स्थिति में प्रक्रिया सैकड़ों और दसियों हजारों परमाणुओं के मध्य बहुपिंडी अन्तःक्रिया की एक जटिल प्रक्रिया बन जाती है, जिसे बीसीए के साथ अभिक्रियित नहीं किया जा सकता है, परन्तु आणविक गतिशीलता विधियों का उपयोग करके प्रतिरूपण किया जा सकता है।<ref name="Ave98" /><ref name="Gib60">
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[[File:heatspikecollisioncascade.png|right|thumb|ऊपर की तरह, लेकिन बीच में संघट्ट का क्षेत्र इतना घना हो गया है कि एक साथ कई संघट्ट होते हैं, जिसे हीट शूक कहा जाता है। इस क्षेत्र में आयन जटिल पथों में चलते हैं, और पुनरावृत्ति के संख्यात्मक क्रम में अंतर करना संभव नहीं है - इसलिए परमाणु लाल और नीले रंग के मिश्रण से रंगे होते हैं।]]आमतौर पर, गर्मी की वृद्धि को सोपानी के केंद्र में एक क्षणिक अंडरडेंस क्षेत्र के गठन और इसके चारों ओर एक अत्यधिक घने क्षेत्र के रूप में वर्णित किया जाता है।<ref name="Ave98" /><ref name=Sei56>
[[File:heatspikecollisioncascade.png|right|thumb|ऊपर की तरह, परन्तु मध्य में संघट्ट का क्षेत्र इतना सघन हो गया है कि एक साथ कई संघट्ट होते हैं, जिसे ऊष्मा शूक कहा जाता है। इस क्षेत्र में आयन जटिल पथों में संचालित होते हैं और पुनरावृत्ति के संख्यात्मक क्रम में अंतर करना संभव नहीं है - इसलिए परमाणु लाल और नीले रंग के मिश्रण से रंगे होते हैं।]]सामान्यतः, ऊष्मा शूक की पहचान सोपान के केंद्र में एक क्षणिक अतिसघन क्षेत्रों और इसके चारों ओर एक अत्यधिक अल्पसघन क्षेत्रों के विरचन से होती है।<ref name="Ave98" /><ref name=Sei56>
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  |author1=F. Seitz |author2=J. S. Koehler |year=1956
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}}</ref> सोपानी के बाद, अत्यधिक सघन क्षेत्र [[अंतरालीय दोष]] बन जाता है, और कम सघन क्षेत्र आमतौर पर क्रिस्टलोग्राफिक दोष का क्षेत्र बन जाता है।
}}</ref> सोपान के पश्चात, अत्यधिक सघन क्षेत्र [[अंतरालीय दोष]] बन जाता है और कम सघन क्षेत्र सामान्यतः रिक्तियों 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 करके<sub>B</sub>टी), कोई पाता है कि तापमान की इकाइयों में गतिज ऊर्जा शुरू में 10,000 के क्रम की है। इस वजह से, इस क्षेत्र को बहुत गर्म माना जा सकता है, और इसलिए इसे हीट शूक या थर्मल शूक (दो शब्द) कहा जाता है। आमतौर पर समतुल्य माना जाता है)। हीट शूक 1-100 पीएस में परिवेश के तापमान तक ठंडा हो जाता है, इसलिए यहां का तापमान थर्मोडायनामिक 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,<ref name="Dia87">
यदि सघन संघट्टों के क्षेत्र में परमाणुओं की गतिज ऊर्जा को तापमान में पुनर्गणना किया जाता है (मूल समीकरण E = 3/2·N·k<sub>B</sub>T का उपयोग करके), तो पाया जाता है कि तापमान की इकाइयों में गतिज ऊर्जा प्रारंभ में 10,000 के क्रम की होती है। इसी कारण से, इस क्षेत्र को बहुत उष्मित माना जा सकता है और इसलिए इसे ऊष्मा शूक या तापीय शूक कहा जाता है (दो शब्दों को सामान्यतः समतुल्य माना जाता है)। ऊष्मा शूक 1-100 पीएस में परिवेश के तापमान तक शीतल हो जाता है, इसलिए यहां का "तापमान" ऊष्मागतिक संतुलन तापमान के अनुरूप नहीं होता है। हालांकि, यह दर्शाया गया है कि लगभग 3 जालक कंपनों के पश्चात, ऊष्मा शूक में परमाणुओं के गतिज ऊर्जा वितरण में मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मैन वितरण होता है,<ref name="Dia87">
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}}</ref> तापमान की अवधारणा के उपयोग को कुछ हद तक उचित बनाना। इसके अलावा, 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,<ref name="Mel98">
}}</ref> जो तापमान की अवधारणा के उपयोग को कुछ सीमा तक उचित बनाता है। इसके अतिरिक्त, प्रयोगों से पता चला है कि ऊष्मा शूक एक चरण संक्रमण को प्रेरित कर सकती है जिसे बहुत उच्च तापमान की आवश्यकता होती है,<ref name="Mel98">
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  |author1=A. Meldrum |author2=S.J. Zinkle |author3=L. A. Boatner |author4=R. C. Ewing |year=1998
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  |issue=6697|hdl=2027.42/62853 |s2cid=204996702 |url=https://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/62853/1/395056a0.pdf|hdl-access=free}}</ref> दिखा रहा है कि संघट्ट सोपानी का वर्णन करने में (गैर-संतुलन) तापमान की अवधारणा वास्तव में उपयोगी है।
  |issue=6697|hdl=2027.42/62853 |s2cid=204996702 |url=https://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/62853/1/395056a0.pdf|hdl-access=free}}</ref> यह दर्शाता है कि (गैर-संतुलन) तापमान की अवधारणा वास्तव में संघट्ट सोपान का वर्णन करने में उपयोगी होती है।


कई मामलों में, समान विकिरण स्थिति रैखिक सोपानी और हीट शूक्स का संयोजन है। उदाहरण के लिए, Cu पर बमबारी करने वाले 10 MeV [[ ताँबा ]] आयन शुरू में एक रेखीय सोपानी शासन में जाली में चले जाएंगे, क्योंकि परमाणु रोकने की शक्ति (कण विकिरण) कम है। लेकिन एक बार क्यू आयन पर्याप्त रूप से धीमा हो जाएगा, तो परमाणु रोकने की शक्ति बढ़ जाएगी और गर्मी की वृद्धि पैदा होगी। इसके अलावा, आने वाले आयनों के कई प्राथमिक और द्वितीयक रिकॉइल्स में केवी रेंज में ऊर्जा होने की संभावना होती है और इस प्रकार गर्मी की वृद्धि होती है।
कई स्थितियों में, समान विकिरण स्थिति रैखिक सोपान और ऊष्मा शूक का संयोजन है। उदाहरण के लिए, सीयू पर बमकारी करने वाले 10 एमईवी [[ ताँबा |सीयू]] आयन प्रारंभ में एक रेखीय सोपान प्रणाली में जालक में चले जाएंगे, क्योंकि परमाणु निरोधी शक्ति कम है। लेकिन एक बार सीयू आयन काफी धीमा हो जाएगा, तो परमाणु निरोधी शक्ति बढ़ जाएगी और ऊष्मा शूक उत्पन्न होगा। इसके अतिरिक्त, आने वाले आयनों के कई प्राथमिक और द्वितीयक प्रतिक्षिप्त में केईवी क्षेत्रों में ऊर्जा होने की संभावना होती है और इस प्रकार ऊष्मा शूक उत्पन्न होता है।


उदाहरण के लिए, तांबे के तांबे के विकिरण के लिए, लगभग 5-20 केवी की पुनरावृत्ति ऊर्जा लगभग गर्म शूक्स उत्पन्न करने की गारंटी है।<ref name="Ade00">
उदाहरण के लिए, तांबे के विकिरण के लिए, लगभग 5-20 केईवी की प्रतिक्षिप्त ऊर्जा लगभग ऊष्मा शूक उत्पन्न करने की प्रत्याभूति है।<ref name="Ade00">
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  |issue=13 |display-authors=etal}}</ref> कम ऊर्जा पर, तरल जैसे क्षेत्र का निर्माण करने के लिए सोपानी ऊर्जा बहुत कम होती है। बहुत अधिक ऊर्जाओं पर, क्यू आयनों की शुरूआत में एक रैखिक सोपानी की संभावना सबसे अधिक होती है, लेकिन रिकॉइल गर्मी के शूक्स को जन्म दे सकता है, जैसा प्रारंभिक आयन पर्याप्त धीमा हो जाने पर होता है। अवधारणा सबकास्केड ब्रेकडाउन थ्रेसहोल्ड एनर्जी उस ऊर्जा को दर्शाती है जिसके ऊपर एक सामग्री में एक रिकॉइल एक घने के बजाय कई अलग-अलग हीट शूक्स का उत्पादन करने की संभावना है।
  |issue=13 |display-authors=etal}}</ref> कम ऊर्जा पर, द्रव जैसे क्षेत्र का निर्माण करने के लिए सोपान ऊर्जा बहुत कम होती है। बहुत अधिक ऊर्जाओं पर, सीयू आयनों के प्रारंभ में एक रैखिक सोपान की संभावना सबसे अधिक होती है, परन्तु प्रतिक्षिप्त ऊष्मा शूक को उत्पन्न कर सकता है, जैसा प्रारंभिक आयन पर्याप्त धीमा हो जाने पर होता है। अवधारणा उप सोपान विघटन देहली ऊर्जा उस ऊर्जा को दर्शाती है जिसके ऊपर एक सामग्री में प्रतिक्षिप्त एक सघन के स्थान पर कई अलग-अलग ऊष्मा शूको का उत्पादन करने की संभावना है।


हीट शूक शासन में संघट्ट सोपानी के कंप्यूटर सिमुलेशन-आधारित एनिमेशन YouTube पर उपलब्ध हैं।<ref>[https://www.youtube.com/results?search_query=displacement+cascade&search_type=&aq=f "displacement cascade" Search], [[YouTube.com]]</ref>
ऊष्मा शूक प्रणाली में संघट्ट सोपान के परिकलक अनुकरण-आधारित अनुप्राणन यूट्यूब पर उपलब्ध हैं।<ref>[https://www.youtube.com/results?search_query=displacement+cascade&search_type=&aq=f "displacement cascade" Search], [[YouTube.com]]</ref>




=== तेज भारी आयन थर्मल शूक्स ===
=== क्षिप्र सघन 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 थर्मल शूक्स उत्पन्न करने के लिए भी माना जा सकता है<ref name="Mef94">
[[स्विफ्ट भारी आयन|क्षिप्र सघन आयन]], अर्थात एमईवी और जीईवी सघन आयन जो एक बहुत प्रबल निरोधी शक्ति द्वारा क्षति उत्पन्न करते हैं, उन्हें तापीय शूक का उत्पादन करने के लिए भी माना जा सकता है,<ref name="Mef94">
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|url=http://juser.fz-juelich.de/search?p=id:%22PreJuSER-12794%22 }}</ref> 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।<ref name="Bri02b">
|url=http://juser.fz-juelich.de/search?p=id:%22PreJuSER-12794%22 }}</ref> इस अर्थ में कि वे प्रबल जालक ताप और एक क्षणिक अव्यवस्थित परमाणु क्षेत्र का नेतृत्व करते हैं। हालांकि, कम से कम क्षति की प्रारंभिक अवस्था को [[कूलम्ब विस्फोट|कूलॉम विस्फोटन]] प्रक्रिया के संदर्भ में उन्नत तरीके से समझा जा सकता है।<ref name="Bri02b">
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  |issue=16 |pmid=11955237|s2cid=11034531 }}</ref> हीटिंग 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।<ref name="Mef94" /><ref name="Kan01">
  |issue=16 |pmid=11955237|s2cid=11034531 }}</ref> तापन प्रक्रिया जो भी हो, यह अच्छी तरह से स्थापित है कि ऊष्मारोधी में तीव्रता से सघन आयन सामान्यतः कम घनत्व वाले लंबे बेलनाकार क्षति क्षेत्र <ref name="Mef94" /><ref name="Kan01">
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}}</ref> कम घनत्व का।<ref name="Klu08">
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== समय का पैमाना ==
== समय मापक्रम ==
संघट्ट सोपानी की प्रकृति को समझने के लिए, संबंधित समय के पैमाने को जानना बहुत महत्वपूर्ण है। सोपानी का बैलिस्टिक चरण, जब प्रारंभिक आयन/रिकॉइल और इसके प्राथमिक और निचले क्रम के रीकॉइल में देहली विस्थापन ऊर्जा के ऊपर अच्छी तरह से ऊर्जा होती है, आमतौर पर 0.1-0.5 पीएस तक रहता है। यदि हीट 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।<ref name="Stu99">
संघट्ट सोपान की प्रकृति को समझने के लिए, संबंधित समय मापक्रम को जानना अत्यधिक महत्वपूर्ण है। सोपान की प्राक्षेपिक अवस्था, जब प्रारंभिक आयन/प्रतिक्षिप्त और इसके प्राथमिक और निचले क्रम के प्रतिक्षिप्त 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 शीतल न हो जाए।<ref name="Stu99">
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  |author1=A. Struchbery |author2=E. Bezakova |title=Thermal-Spike Lifetime from Picosecond-Duration Preequilibrium Effects in Hyperfine Magnetic Fields Following Ion Implantation
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}}</ref> सोपानी का ठंडा होना जाली ताप चालकता के माध्यम से होता है और गर्म आयनिक उपतंत्र द्वारा इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन के माध्यम से इलेक्ट्रॉनिक को गर्म करने के बाद इलेक्ट्रॉनिक 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।<ref name="Kop93">
}}</ref> सोपान का शीतल होना जालक ताप चालकता के माध्यम से होता है और उष्मित आयनिक उपतंत्र द्वारा इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन के माध्यम से इलैक्ट्रॉनिकी को उष्मित करने के पश्चात इलैक्ट्रॉनिकी तापीय चालकता द्वारा होता है। दुर्भाग्य से उष्मित और अव्यवस्थित आयनिक प्रणाली से इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन की दर अच्छी तरह से ज्ञात नहीं है, क्योंकि इसे उष्मित इलेक्ट्रॉनों से एक अक्षत स्फटिक संरचना में ऊष्मा स्थानांतरण की काफी अच्छी तरह से ज्ञात प्रक्रिया के समान नहीं माना जा सकता है।<ref name="Kop93">
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  }}</ref> 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।
  }}</ref> अंत में, सोपान की शैथिल्थ अवस्था, जब दोष संभवतः पुनर्संयोजित और विस्थापित होते हैं, सामग्री, इसके दोष प्रवासन और पुनर्संयोजन गुणों और परिवेश के तापमान के आधार पर कुछ पीएस से अनंत समय तक रह सकते हैं।


== प्रभाव ==
== प्रभाव ==
[[File:cascade sequence.png|right|thumb|चैनेलिंग (भौतिकी) स्थितियों के तहत एयू पर प्रभाव डालने वाले 30 केवी एक्सई आयन द्वारा उत्पादित हीट शूक शासन में संघट्ट सोपानी के समय विकास का छवि अनुक्रम। छवि संघट्ट सोपानी के शास्त्रीय आणविक गतिशीलता सिमुलेशन द्वारा बनाई गई है। छवि तीन आयामी सिमुलेशन सेल के बीच में दो परमाणु परतों के क्रॉस सेक्शन को दिखाती है। प्रत्येक क्षेत्र एक परमाणु की स्थिति को दर्शाता है, और रंग प्रत्येक परमाणु की गतिज ऊर्जा को दर्शाता है जैसा कि दाईं ओर के पैमाने द्वारा दर्शाया गया है। अंत में [[बिंदु दोष]] और [[अव्यवस्था]] पाश दोनों रह जाते हैं।]]
[[File:cascade sequence.png|right|thumb|प्रणाल स्थितियों के अंतर्गत एयू पर प्रभाव डालने वाले 30 केईवी Xe आयन द्वारा उत्पादित ऊष्मा शूक प्रणाली में संघट्ट सोपान के समय विकास का छवि अनुक्रम हैं। छवि संघट्ट सोपान के शास्त्रीय आणविक गतिशीलता अनुकरण द्वारा बनाई गई है। छवि तीन आयामी अनुकरण कोष्ठिका के मध्य में दो परमाणु आवरणों के अनुप्रस्थ काट को दर्शाती है। प्रत्येक क्षेत्र एक परमाणु की स्थिति को दर्शाता है और रंग प्रत्येक परमाणु की गतिज ऊर्जा को दर्शाता है जैसा कि दाईं ओर के मापक्रम द्वारा दर्शाया गया है। अंत में [[बिंदु दोष]] और [[अव्यवस्था]] पाश अवशेष रह जाते हैं।]]


===नुकसान उत्पादन===
===क्षति उत्पादन===
चूंकि सोपानी में गतिज ऊर्जा बहुत अधिक हो सकती है, यह थर्मोडायनामिक संतुलन के बाहर स्थानीय स्तर पर सामग्री को चला सकता है। आमतौर पर इसका परिणाम क्रिस्टलोग्राफिक दोष उत्पादन में होता है। दोष हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, क्रिस्टलोग्राफिक दोष जैसे
चूंकि सोपान में गतिज ऊर्जा बहुत अधिक हो सकती है, यह ऊष्मागतिक संतुलन के बाह्य स्थानीय स्तर पर सामग्री को चला सकती है। सामान्यतः इसका परिणाम दोष उत्पादन में होता है। उदाहरण के लिए, फ्रेन्केल युग्म, सुव्यवस्थित या अव्यवस्थित प्रभ्रंश पाश, चित्तिकरण दोष,<ref name="Nor99">
क्रिस्टलोग्राफिक दोष, आदेशित या अव्यवस्थित अव्यवस्था लूप, स्टैकिंग दोष,<ref name="Nor99">
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  |issue=5 }}</ref> कई सामग्रियों के लंबे समय तक विकिरण से उनका पूर्ण अमोर्फाइजेशन हो सकता है, एक ऐसा प्रभाव जो [[सिलिकॉन चिप]]्स के [[आयन आरोपण]] डोपिंग के दौरान नियमित रूप से होता है।<ref name="Cha97">
  |issue=5 }}</ref> कई सामग्रियों के लंबे समय तक विकिरण से उनका पूर्ण अरूपीकरण हो सकता है, एक ऐसा प्रभाव जो [[सिलिकॉन चिप|सिलिकॉन पटलिका]] के [[आयन आरोपण]] अपमिश्रण के पर्यंत नियमित रूप से होता है।<ref name="Cha97">
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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।<ref>
 
दोषों का उत्पादन हानिकारक हो सकता है, जैसे कि परमाणु विखंडन और संलयन प्रतिघातको 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 लेजर के संचालन को गति प्रदान करने के लिए या कार्बन नैनोट्यूब को प्रबल करने के लिए आयनों को [[ अर्धचालक |अर्धचालक]] प्रमात्रा संरचनाओं में प्रस्तुत किया जाता है।<ref>
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संघट्ट सोपानी की एक दिलचस्प विशेषता यह है कि उत्पन्न होने वाली क्षति की अंतिम मात्रा गर्मी की वृद्धि से शुरू में प्रभावित होने वाले परमाणुओं की संख्या से बहुत कम हो सकती है। विशेष रूप से शुद्ध धातुओं में, हीट शूक चरण के बाद अंतिम नुकसान का उत्पादन शूक में विस्थापित परमाणुओं की संख्या से कम परिमाण का आदेश हो सकता है।<ref name="Ave98" />दूसरी ओर, अर्धचालक और अन्य सहसंयोजक बंधित सामग्रियों में क्षति उत्पादन आमतौर पर विस्थापित परमाणुओं की संख्या के समान होता है।<ref name="Ave98" /><ref name="Nor97f" />पुनर्संयोजित क्षति के अंश के संबंध में आयनिक सामग्री या तो धातु या अर्धचालक की तरह व्यवहार कर सकती है।<ref name="Trach04">
 
संघट्ट सोपान की एक असामान्य विशेषता यह है कि उत्पन्न होने वाली क्षति की अंतिम मात्रा ऊष्मा शूक से प्रारंभ में प्रभावित होने वाले परमाणुओं की संख्या से बहुत कम हो सकती है। विशेष रूप से शुद्ध धातुओं में, ऊष्मा शूक अवस्था के पश्चात अंतिम क्षति का उत्पादन शूक में विस्थापित परमाणुओं की संख्या से कम परिमाण का अनुक्रम हो सकता है। <ref name="Ave98" /> दूसरी ओर, अर्धचालकों और अन्य सहसंयोजक बंधित सामग्रियों में क्षति उत्पादन सामान्यतः विस्थापित परमाणुओं की संख्या के समान होता है।<ref name="Ave98" /><ref name="Nor97f" /> पुनर्संयोजित क्षति के अंश के संबंध में आयनिक सामग्री या तो धातु या अर्धचालक की तरह व्यवहार कर सकती है।<ref name="Trach04">
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=== अन्य परिणाम ===
=== अन्य परिणाम ===
एक सतह के आसपास के क्षेत्र में संघट्ट के झरने अक्सर रेखीय शूक और हीट शूक शासन दोनों में [[स्पटरिंग]] का कारण बनते हैं।<ref name="Ade00" />सतहों के पास हीट शूक्स भी अक्सर गड्ढा बनाने का कारण बनते हैं।<ref name="Web83b">
एक सतह के आसपास के क्षेत्रों में संघट्ट के सोपान प्रायः रैखिक शूक और ऊष्मा शूक दोनों प्रणालियों में [[स्पटरिंग|कणक्षेपण]] का कारण बनते हैं।<ref name="Ade00" /> सतहों के निकट ऊष्मा शूक से भी प्रायः गर्त बन जाते है।<ref name="Web83b">
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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 थर्मोडायनामिक रूप से अमिश्रणीय हैं। इस प्रभाव को [[आयन बीम मिश्रण]] के रूप में जाना जाता है।<ref name="Pai85b">
 
तथ्य यह है कि कई परमाणुओं को सोपान द्वारा विस्थापित किया जाता है, इसका अर्थ है कि आयनों का उपयोग सामग्री को विचारपूर्वक मिश्रण करने के लिए किया जा सकता है, यहां तक ​​​​कि उन सामग्रियों के लिए भी जो सामान्य रूप से ऊष्मागतिकी रूप से अमिश्रणीय हैं। इस प्रभाव को [[आयन बीम मिश्रण|आयन किरणपुंज मिश्रण]] के रूप में जाना जाता है।<ref name="Pai85b">
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== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==


* [[कण बौछार]], उच्च-ऊर्जा कणों के बीच द्विआधारी संघट्ट का एक समुच्चय जिसमें अक्सर परमाणु प्रतिक्रियाएँ शामिल होती हैं
* [[कण बौछार|कण वर्षण]], उच्च-ऊर्जा कणों के मध्य द्विआधारी संघट्ट का एक समुच्चय जिसमें प्रायः परमाणु प्रतिक्रियाएँ सम्मिलित होती हैं।
* [[विकिरण सामग्री विज्ञान]]
* [[विकिरण सामग्री विज्ञान]]
* [[COSIRES सम्मेलन]]
* [[COSIRES सम्मेलन|सीओएसआईआरईएस सम्मेलन]]
* [[आरईआई सम्मेलन]]
* [[आरईआई सम्मेलन]]


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==बाहरी संबंध==
==बाहरी संबंध==
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Latest revision as of 16:20, 27 April 2023

For निचली पृथ्वी की कक्षा में वस्तुओं के मध्य संघट्ट का परिदृश्य जिससे भग्नावशेष की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया उत्पन्न होती है जो अधिक भग्नावशेष का उत्पादन करने वाली अतिरिक्त वस्तुओं से टकराती है, see केसलर संलक्षण.
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10 केईवी एयू स्व-प्रतिक्षिप्त द्वारा प्रेरित एयू में एक संघट्ट सोपान का शास्त्रीय आणविक गतिशीलता परिकलक अनुकरण है। यह ऊष्मा शूक प्रणाली में संघट्ट के सोपान की एक विशिष्ट स्थिति है। प्रत्येक छोटा गोला एक त्रि-आयामी अनुकरण कोष्ठिका के 2-परमाणु-परत-मोटी अनुप्रस्थ काट में एक परमाणु की स्थिति को दर्शाता है। रंग (लघुगणकीय मापक्रम पर) परमाणुओं की गतिज ऊर्जा को दर्शाते हैं, जिसमें सफेद और लाल 10 केईवी से नीचे की ओर उच्च गतिज ऊर्जा होती है और नीला कम होता है।

संघनित-पदार्थ भौतिकी में, एक संघट्ट सोपान (विस्थापन सोपान या विस्थापन शूक के रूप में भी जाना जाता है) एक ठोस या द्रव में ऊर्जावान कण द्वारा प्रेरित परमाणुओं के आस-पास के ऊर्जावान (साधारण तापीय ऊर्जा से बहुत अधिक) संघट्ट का एक समुच्चय है।[1][2]

यदि संघट्ट सोपान में अधिकतम परमाणु या आयन ऊर्जा सामग्री की देहली विस्थापन ऊर्जा (दसियों ईवीएस या अधिक) से अधिक है, तो संघट्ट परमाणुओं को उनके जालक स्थलों से स्थायी रूप 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 रेडियोधर्मी नाभिक क्षय होने पर उत्पन्न होता है और परमाणु को एक पुनरावृत्ति ऊर्जा प्रदान करता है।

संघट्ट सोपान की प्रकृति पुनरावृत्ति/आगमी आयन की ऊर्जा, द्रव्यमान और सामग्री के घनत्व (निरोधी शक्ति) के आधार पर दृढ़ता से भिन्न हो सकती है।

रैखिक सोपान

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परमाणुओं के मध्य स्वतंत्र द्विआधारी संघट्टों का योजनाबद्ध चित्रण।

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

File:Linearcollisioncascade.png
एक रेखीय संघट्ट सोपान का योजनाबद्ध चित्रण है। मोटी रेखा सतह की स्थिति को दर्शाती है और पतली रेखाएं परमाणुओं के प्राक्षेपिकीय संचलन पथ को प्रारंभ से लेकर सामग्री में रुकने तक दर्शाती हैं। बैंगनी वृत्त आने वाला आयन है। लाल, नीले, हरे और पीले घेरे क्रमशः प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्धातुक प्रतिक्षेप को दर्शाते हैं। प्राक्षेपिकीय संघट्टों के मध्य आयन सीधे पथ में स्थानांतरण करते हैं।

पदार्थ में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला बीसीए बीजांक एसआरआईएम[3] 1 जीईवी की आयन ऊर्जा तक सभी सामग्रियों में सभी आयनों के लिए अव्यवस्थित सामग्रियों में रैखिक संघट्ट सोपान का अनुकरण करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। ध्यान दें, हालांकि, [3] एसआरआईएम इलेक्ट्रानिकी ऊर्जा निक्षेपण के कारण क्षति या उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों (अतिसूक्ष्म परमाणु) द्वारा उत्पन्न क्षति जैसे प्रभावों का विवेचन नहीं करता है। उपयोग की जाने वाली परमाणु और इलेक्ट्रॉनी निरोधी शक्तियां प्रयोगों के लिए औसत अनुरूप हैं और इस प्रकार पूर्णतया से सटीक भी नहीं हैं। इलेक्ट्रॉनी निरोधी क्षमता को द्विआधारी संघट्ट सन्निकटन या आणविक गतिशीलता (एमडी) अनुकरणो में सरलता से सम्मिलित किया जा सकता है। [4] एमडी अनुकरण में उन्हें घर्षण बल के रूप में सम्मिलित किया जा सकता है [5][6][7][8][9][10][11][12] या अधिक उन्नत विधि से इलेक्ट्रानिकी प्रणाली के ताप का अनुसरण करके और परमाणु श्रेणी को युग्मित करके सम्मिलित किया जा सकता है।[13][14][15] हालांकि, इलेक्ट्रॉनी निरोधी शक्ति या इलेक्ट्रॉन-फ़ोनान युग्मन की उपयुक्त निम्न-ऊर्जा सीमा क्या है, इस पर अनिश्चितता बनी हुई है।[12][16]

रैखिक सोपान में प्रतिरूपो में उत्पादित प्रतिक्षिप्त के समुच्चय को प्रतिक्षिप्त उत्पादन के अनुक्रमों के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जो इस तथ्य पर निर्भर करता है कि मूल संघट्ट के पश्चात कितने संघट्ट चरण पारित हुए हैं: प्राथमिक प्रघातक्षिप्त परमाणु (पीकेए), द्वितीयक प्रघातक्षिप्त परमाणु (एसकेए), तृतीयक प्रघातक्षिप्त परमाणु (टीकेए), आदि। चूंकि यह बहुत कम संभावना है कि सभी ऊर्जाओं को एक प्रघातक्षिप्त परमाणुओं में स्थानांतरित किया जाएगा, प्रत्येक उत्पादन के प्रतिक्षिप्त परमाणुओं में पिछले की तुलना में औसतन कम ऊर्जा होती है और अंततः प्रघातक्षिप्त क्षति उत्पादन के लिए परमाणु ऊर्जा देहली विस्थापन ऊर्जा से नीचे चली जाती है, जिस बिंदु पर और अधिक क्षति उत्पन्न नहीं की जा सकती है।

ऊष्मा शूक (तापीय शूक)

जब आयन सघन 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 हैं। इस स्थिति में प्रक्रिया सैकड़ों और दसियों हजारों परमाणुओं के मध्य बहुपिंडी अन्तःक्रिया की एक जटिल प्रक्रिया बन जाती है, जिसे बीसीए के साथ अभिक्रियित नहीं किया जा सकता है, परन्तु आणविक गतिशीलता विधियों का उपयोग करके प्रतिरूपण किया जा सकता है।[1][17]

File:Heatspikecollisioncascade.png
ऊपर की तरह, परन्तु मध्य में संघट्ट का क्षेत्र इतना सघन हो गया है कि एक साथ कई संघट्ट होते हैं, जिसे ऊष्मा शूक कहा जाता है। इस क्षेत्र में आयन जटिल पथों में संचालित होते हैं और पुनरावृत्ति के संख्यात्मक क्रम में अंतर करना संभव नहीं है - इसलिए परमाणु लाल और नीले रंग के मिश्रण से रंगे होते हैं।

सामान्यतः, ऊष्मा शूक की पहचान सोपान के केंद्र में एक क्षणिक अतिसघन क्षेत्रों और इसके चारों ओर एक अत्यधिक अल्पसघन क्षेत्रों के विरचन से होती है।[1][18] सोपान के पश्चात, अत्यधिक सघन क्षेत्र अंतरालीय दोष बन जाता है और कम सघन क्षेत्र सामान्यतः रिक्तियों का क्षेत्र बन जाता है।

यदि सघन संघट्टों के क्षेत्र में परमाणुओं की गतिज ऊर्जा को तापमान में पुनर्गणना किया जाता है (मूल समीकरण E = 3/2·N·kBT का उपयोग करके), तो पाया जाता है कि तापमान की इकाइयों में गतिज ऊर्जा प्रारंभ में 10,000 के क्रम की होती है। इसी कारण से, इस क्षेत्र को बहुत उष्मित माना जा सकता है और इसलिए इसे ऊष्मा शूक या तापीय शूक कहा जाता है (दो शब्दों को सामान्यतः समतुल्य माना जाता है)। ऊष्मा शूक 1-100 पीएस में परिवेश के तापमान तक शीतल हो जाता है, इसलिए यहां का "तापमान" ऊष्मागतिक संतुलन तापमान के अनुरूप नहीं होता है। हालांकि, यह दर्शाया गया है कि लगभग 3 जालक कंपनों के पश्चात, ऊष्मा शूक में परमाणुओं के गतिज ऊर्जा वितरण में मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मैन वितरण होता है,[19] जो तापमान की अवधारणा के उपयोग को कुछ सीमा तक उचित बनाता है। इसके अतिरिक्त, प्रयोगों से पता चला है कि ऊष्मा शूक एक चरण संक्रमण को प्रेरित कर सकती है जिसे बहुत उच्च तापमान की आवश्यकता होती है,[20] यह दर्शाता है कि (गैर-संतुलन) तापमान की अवधारणा वास्तव में संघट्ट सोपान का वर्णन करने में उपयोगी होती है।

कई स्थितियों में, समान विकिरण स्थिति रैखिक सोपान और ऊष्मा शूक का संयोजन है। उदाहरण के लिए, सीयू पर बमकारी करने वाले 10 एमईवी सीयू आयन प्रारंभ में एक रेखीय सोपान प्रणाली में जालक में चले जाएंगे, क्योंकि परमाणु निरोधी शक्ति कम है। लेकिन एक बार सीयू आयन काफी धीमा हो जाएगा, तो परमाणु निरोधी शक्ति बढ़ जाएगी और ऊष्मा शूक उत्पन्न होगा। इसके अतिरिक्त, आने वाले आयनों के कई प्राथमिक और द्वितीयक प्रतिक्षिप्त में केईवी क्षेत्रों में ऊर्जा होने की संभावना होती है और इस प्रकार ऊष्मा शूक उत्पन्न होता है।

उदाहरण के लिए, तांबे के विकिरण के लिए, लगभग 5-20 केईवी की प्रतिक्षिप्त ऊर्जा लगभग ऊष्मा शूक उत्पन्न करने की प्रत्याभूति है।[21][22] कम ऊर्जा पर, द्रव जैसे क्षेत्र का निर्माण करने के लिए सोपान ऊर्जा बहुत कम होती है। बहुत अधिक ऊर्जाओं पर, सीयू आयनों के प्रारंभ में एक रैखिक सोपान की संभावना सबसे अधिक होती है, परन्तु प्रतिक्षिप्त ऊष्मा शूक को उत्पन्न कर सकता है, जैसा प्रारंभिक आयन पर्याप्त धीमा हो जाने पर होता है। अवधारणा उप सोपान विघटन देहली ऊर्जा उस ऊर्जा को दर्शाती है जिसके ऊपर एक सामग्री में प्रतिक्षिप्त एक सघन के स्थान पर कई अलग-अलग ऊष्मा शूको का उत्पादन करने की संभावना है।

ऊष्मा शूक प्रणाली में संघट्ट सोपान के परिकलक अनुकरण-आधारित अनुप्राणन यूट्यूब पर उपलब्ध हैं।[23]


क्षिप्र सघन आयन तापीय शूक

क्षिप्र सघन आयन, अर्थात एमईवी और जीईवी सघन आयन जो एक बहुत प्रबल निरोधी शक्ति द्वारा क्षति उत्पन्न करते हैं, उन्हें तापीय शूक का उत्पादन करने के लिए भी माना जा सकता है,[24][25] इस अर्थ में कि वे प्रबल जालक ताप और एक क्षणिक अव्यवस्थित परमाणु क्षेत्र का नेतृत्व करते हैं। हालांकि, कम से कम क्षति की प्रारंभिक अवस्था को कूलॉम विस्फोटन प्रक्रिया के संदर्भ में उन्नत तरीके से समझा जा सकता है।[26] तापन प्रक्रिया जो भी हो, यह अच्छी तरह से स्थापित है कि ऊष्मारोधी में तीव्रता से सघन आयन सामान्यतः कम घनत्व वाले लंबे बेलनाकार क्षति क्षेत्र [24][27] बनाने वाले आयन पथ का उत्पादन करते हैं।[28][29]


समय मापक्रम

संघट्ट सोपान की प्रकृति को समझने के लिए, संबंधित समय मापक्रम को जानना अत्यधिक महत्वपूर्ण है। सोपान की प्राक्षेपिक अवस्था, जब प्रारंभिक आयन/प्रतिक्षिप्त और इसके प्राथमिक और निचले क्रम के प्रतिक्षिप्त 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 शीतल न हो जाए।[30] सोपान का शीतल होना जालक ताप चालकता के माध्यम से होता है और उष्मित आयनिक उपतंत्र द्वारा इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन के माध्यम से इलैक्ट्रॉनिकी को उष्मित करने के पश्चात इलैक्ट्रॉनिकी तापीय चालकता द्वारा होता है। दुर्भाग्य से उष्मित और अव्यवस्थित आयनिक प्रणाली से इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन की दर अच्छी तरह से ज्ञात नहीं है, क्योंकि इसे उष्मित इलेक्ट्रॉनों से एक अक्षत स्फटिक संरचना में ऊष्मा स्थानांतरण की काफी अच्छी तरह से ज्ञात प्रक्रिया के समान नहीं माना जा सकता है।[31] अंत में, सोपान की शैथिल्थ अवस्था, जब दोष संभवतः पुनर्संयोजित और विस्थापित होते हैं, सामग्री, इसके दोष प्रवासन और पुनर्संयोजन गुणों और परिवेश के तापमान के आधार पर कुछ पीएस से अनंत समय तक रह सकते हैं।

प्रभाव

प्रणाल स्थितियों के अंतर्गत एयू पर प्रभाव डालने वाले 30 केईवी Xe आयन द्वारा उत्पादित ऊष्मा शूक प्रणाली में संघट्ट सोपान के समय विकास का छवि अनुक्रम हैं। छवि संघट्ट सोपान के शास्त्रीय आणविक गतिशीलता अनुकरण द्वारा बनाई गई है। छवि तीन आयामी अनुकरण कोष्ठिका के मध्य में दो परमाणु आवरणों के अनुप्रस्थ काट को दर्शाती है। प्रत्येक क्षेत्र एक परमाणु की स्थिति को दर्शाता है और रंग प्रत्येक परमाणु की गतिज ऊर्जा को दर्शाता है जैसा कि दाईं ओर के मापक्रम द्वारा दर्शाया गया है। अंत में बिंदु दोष और अव्यवस्था पाश अवशेष रह जाते हैं।

क्षति उत्पादन

चूंकि सोपान में गतिज ऊर्जा बहुत अधिक हो सकती है, यह ऊष्मागतिक संतुलन के बाह्य स्थानीय स्तर पर सामग्री को चला सकती है। सामान्यतः इसका परिणाम दोष उत्पादन में होता है। उदाहरण के लिए, फ्रेन्केल युग्म, सुव्यवस्थित या अव्यवस्थित प्रभ्रंश पाश, चित्तिकरण दोष,[32] या अनाकार क्षेत्र जैसे बिंदु दोष हो सकते हैं।[33] कई सामग्रियों के लंबे समय तक विकिरण से उनका पूर्ण अरूपीकरण हो सकता है, एक ऐसा प्रभाव जो सिलिकॉन पटलिका के आयन आरोपण अपमिश्रण के पर्यंत नियमित रूप से होता है।[34]

दोषों का उत्पादन हानिकारक हो सकता है, जैसे कि परमाणु विखंडन और संलयन प्रतिघातको 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 लेजर के संचालन को गति प्रदान करने के लिए या कार्बन नैनोट्यूब को प्रबल करने के लिए आयनों को अर्धचालक प्रमात्रा संरचनाओं में प्रस्तुत किया जाता है।[35][36]

संघट्ट सोपान की एक असामान्य विशेषता यह है कि उत्पन्न होने वाली क्षति की अंतिम मात्रा ऊष्मा शूक से प्रारंभ में प्रभावित होने वाले परमाणुओं की संख्या से बहुत कम हो सकती है। विशेष रूप से शुद्ध धातुओं में, ऊष्मा शूक अवस्था के पश्चात अंतिम क्षति का उत्पादन शूक में विस्थापित परमाणुओं की संख्या से कम परिमाण का अनुक्रम हो सकता है। [1] दूसरी ओर, अर्धचालकों और अन्य सहसंयोजक बंधित सामग्रियों में क्षति उत्पादन सामान्यतः विस्थापित परमाणुओं की संख्या के समान होता है।[1][22] पुनर्संयोजित क्षति के अंश के संबंध में आयनिक सामग्री या तो धातु या अर्धचालक की तरह व्यवहार कर सकती है।[37]



अन्य परिणाम

एक सतह के आसपास के क्षेत्रों में संघट्ट के सोपान प्रायः रैखिक शूक और ऊष्मा शूक दोनों प्रणालियों में कणक्षेपण का कारण बनते हैं।[21] सतहों के निकट ऊष्मा शूक से भी प्रायः गर्त बन जाते है।[38][39] यह गर्तन परमाणुओं के द्रव प्रवाह के कारण होते है,[40] परन्तु अगर प्रक्षेप्य का आकार लगभग 100,000 परमाणुओं से ऊपर है, तो गर्त उत्पादन प्रक्रिया उसी प्रक्रिया में परिवर्तित हो जाती है, जो गोलियों या क्षुद्रग्रहों द्वारा निर्मित स्थूलदर्शीय गर्त के रूप में होती है।[41]

तथ्य यह है कि कई परमाणुओं को सोपान द्वारा विस्थापित किया जाता है, इसका अर्थ है कि आयनों का उपयोग सामग्री को विचारपूर्वक मिश्रण करने के लिए किया जा सकता है, यहां तक ​​​​कि उन सामग्रियों के लिए भी जो सामान्य रूप से ऊष्मागतिकी रूप से अमिश्रणीय हैं। इस प्रभाव को आयन किरणपुंज मिश्रण के रूप में जाना जाता है।[42]

विकिरण की गैर-संतुलन प्रकृति का उपयोग सामग्री को ऊष्मागतिकी संतुलन से बाहर निकालने के लिए भी किया जा सकता है और इस प्रकार एक नए प्रकार के मिश्र धातु बनते हैं।[43]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 R. S. Averback and T. Diaz de la Rubia (1998). "Displacement damage in irradiated metals and semiconductors". In H. Ehrenfest; F. Spaepen (eds.). Solid State Physics. Vol. 51. Academic Press. pp. 281–402.
  2. ↑ R. Smith, ed. (1997). Atomic & ion collisions in solids and at surfaces: theory, simulation and applications. Cambridge University Press. ISBN 0-521-44022-X.
  3. ↑ 3.0 3.1 SRIM web site
  4. ↑ Robinson, M. T. (1974). "बाइनरी-टकराव सन्निकटन में ठोस पदार्थों में परमाणु-विस्थापन कैस्केड का कंप्यूटर सिमुलेशन". Phys. Rev. B. 9 (12): 12. Bibcode:1974PhRvB...9.5008R. doi:10.1103/physrevb.9.5008.
  5. ↑ Nordlund, K. (1995). "1 -- 100 keV ऊर्जा श्रेणी में आयन श्रेणी का आणविक गतिकी अनुकरण". Comput. Mater. Sci. 3 (4): 448. doi:10.1016/0927-0256(94)00085-q.
  6. ↑ Beardmore, K. (1998). "आयन आरोपण के कारण डोपेंट प्रोफाइल की गणना के लिए एक कुशल आणविक गतिशीलता योजना". Phys. Rev. E. 57 (6): 7278. arXiv:physics/9901054. Bibcode:1998PhRvE..57.7278B. doi:10.1103/PhysRevE.57.7278. S2CID 13994369.
  7. ↑ Caturla, M. (1996). "Ion-beam processing of silicon at keV energies: A molecular-dynamics study". Phys. Rev. B. 54 (23): 16683–16695. Bibcode:1996PhRvB..5416683C. doi:10.1103/PhysRevB.54.16683. PMID 9985796. S2CID 38579564.
  8. ↑ Hobler, G. (2001). "रिकॉइल इंटरेक्शन सन्निकटन में आणविक गतिकी सिमुलेशन के अनुप्रयोग की उपयोगी सीमा पर". Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 180 (1–4): 203. Bibcode:2001NIMPB.180..203H. doi:10.1016/s0168-583x(01)00418-9.
  9. ↑ Smith, R. (1997). "Molecular Dynamics Simulation of 0.1 -- 2 keV ion bombardment of Ni {100}". Rad. Eff. Def. In Sol. 141 (1–4): 425. doi:10.1080/10420159708211586.
  10. ↑ Duvenbeck, A. (2007). "परमाणु टक्कर कैस्केड में इलेक्ट्रॉन प्रचार और इलेक्ट्रॉनिक घर्षण". New J. Phys. 9 (2): 38. Bibcode:2007NJPh....9...38D. doi:10.1088/1367-2630/9/2/038.
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बाहरी संबंध

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