In a first, X-rays capture the invisible swirls that shape the flow of sand and snow
Beneath every landslide or sandpile, unseen currents swirl. A new X-ray method captures them, reshaping physics and safety models.
At first glance, a landslide, an avalanche, or even a heap of sand pushed by a bulldozer looks like a simple stream of grains moving downhill. However, beneath the surface lies a hidden world of swirling currents, where grains sneak sideways or loop in circles instead of following the obvious flow.
과학자들은 세계 최초로 X선은 모래와 눈의 흐름을 형성하는 보이지 않는 소용돌이를 포착했습니다
과학자들은 첨단 X선 이미징을 사용하여 움직이는 입자 물질 내부의 숨겨진 3차원 2차 흐름을 최초로 포착했습니다. 이는 눈사태, 산사태를 더 잘 이해하고 예측하며 산업 공정을 개선하는 데 도움이 됩니다.
모든 산사태나 모래더미 아래에는 보이지 않는 해류가 소용돌이칩니다. 새로운 X선 촬영 기법이 이를 포착하여 물리학과 안전 모델을 재구성합니다.
언뜻 보기에 산사태, 눈사태, 심지어 불도저로 밀어낸 모래 더미조차도 내리막길을 따라 흘러가는 단순한 곡물의 흐름처럼 보입니다. 하지만 그 아래에는 소용돌이치는 기류의 숨겨진 세계가 존재하며, 곡물들은 명확한 흐름을 따라가는 대신 옆으로 스며들거나 원을 그리며 회전합니다.
2차 유동이라고 불리는 이러한 보이지 않는 운동은 컴퓨터 시뮬레이션에서는 오랫동안 추측되어 왔지만, 실제 물질에서는 직접 관찰된 적이 없었습니다. 이제 과학자들은 강력한 새로운 X선 이미징 기법을 사용하여 최초로 이 현상을 포착했습니다 .
이들의 발견은 눈사태, 산사태에 대한 우리의 이해와 심지어 밀가루, 밀, 약품 등 일상적인 분말을 다루는 방식에까지 변화를 가져올 수 있습니다.
수십 년 동안 연구자들은 곡물이 경사면을 따라 미끄러져 내려갈 때 대부분 1차 흐름이라고 알려진 가장 가파른 내리막길을 따른다고 믿어 왔습니다. 그러나 이론과 컴퓨터 모델은 모든 곡물이 무리를 따라가는 것은 아니라고 시사했습니다.
일부는 우회하여 지표면 아래에서 옆으로 소용돌이치며 산사태가 얼마나 멀리, 얼마나 빨리 이동하는지 에 미묘하게 영향을 미칩니다. 이러한 숨겨진 흐름은 존재한다고 여겨졌지만, 실험적으로 증명하는 것은 거의 불가능했습니다. X선 촬영을 위해 입자를 멈추면 움직임이 정지되어 자연스러운 흐름이 파괴되기 때문입니다. 입자를 투명하게 만들기 위해 액체를 첨가하면 입자의 거동이 변했습니다.
따라서 연구자들은 표면의 물결이나 시뮬레이션에서 얻은 간접적인 증거에 머물렀고, 흐르는 더미 내부의 실제 3차원 움직임을 결코 볼 수 없었습니다.
이 문제를 해결하기 위해 연구 저자들은 길이 0.55m, 너비 0.10m의 수로에 3mm 두께의 유리 구슬을 채워 넣고 컨베이어 벨트 불도저로 불도저로 밀어내는 실험을 설계했습니다. 벨트가 유리 구슬을 벽에 밀어 넣어 더미를 형성했습니다.
곡물을 건드리지 않고 내부를 들여다보기 위해, 그들은 다이내믹스(DynamiX)라는 새로운 장치의 일부인 X선 유동학(X-ray rheography)이라는 기술을 개발했습니다. 유동학은 움직이는 곡물 더미의 빠른 X선 이미지를 촬영하는 방식으로 작동합니다. 곡물이 흐르면서 빛과 어둠의 패턴이 바뀌면서 X선이 차단됩니다.
과학자들은 이러한 패턴이 프레임에서 프레임으로 어떻게 움직이는지 추적함으로써 흐름을 멈추거나 방해하지 않고도 더미 내부의 입자 속도와 방향을 계산할 수 있습니다.
이 설정에서 촬영된 첫 번째 이미지에서는 더미 표면에 희미한 잔물결이 나타났습니다. 이전 연구에서는 흐름 내부의 숨겨진 소용돌이가 이러한 잔물결을 일으킬 수 있다는 암시가 있었습니다. 그러나 연구진은 이러한 잔물결을 표면 아래의 실제 측면 운동과 처음으로 연결시킬 수 있었습니다.
연구 저자는 "단층촬영을 위해 움직임을 멈출 필요 없이 동적 X선 방사선 촬영을 사용하여 입자 매체 내의 2차 운동학을 실험적으로 확인했습니다."라고 밝혔습니다.
2차 운동을 관찰하는 것의 중요성
이 연구는 눈더미, 모래더미, 밀 사일로 등 입상 물질의 2차 유동이 근본적인 특징임을 보여줍니다. 이 발견은 매우 중요합니다.
예를 들어, 자연재해의 경우 , 2차 흐름을 무시하는 산사태나 눈사태 모델은 잔해가 얼마나 멀리 이동할 수 있는지 과소평가할 수 있습니다. 이러한 세부 정보를 추가하면 엔지니어가 더 나은 예측 및 안전 조치를 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다.
![[멍청대전] 이재명 정청래 찌라시](https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhvj8NLPYJ1gEisr6Ot9i-Yl14SuFAj6-b7TFzqN-3IklvY01O5sL4dR5Kpqn9rJXoIyVQWvDlZw6iIGuI1sZID_ZeNsyTL72bBrNXaTM6JrNLm5GZjjK5wEgNILRV3mPG02G-KlMaCXHXxHZgC5XFrSOMDw6Qm802sOv9WIy187fs3FSisLSS-6LYgSVQ/w72-h72-p-k-no-nu/ttt.jpg)
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