高速X射線及可見光成像技術研究顆粒物理

《高速X射線及可見光成像技術研究顆粒物理》是依託上海交通大學，由王宇傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高速X射線及可見光成像技術研究顆粒物理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王宇傑
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

顆粒體系的阻塞相變機理和密集顆粒流的流體力學描述是軟凝聚態物理迄今懸而未決的熱點問題。本課題將綜契約步輻射X射線相襯成像技術、X射線CT成像技術及高速可見光成像技術研究顆粒系統中的阻塞態形成機理、密集顆粒流的流體力學描述及隨機密堆結構的本質。高速X射線成像技術將第一次實現動態地研究顆粒體系的內部結構和流場。前期研究中，我們在三維顆粒體系中第一次發現了阻塞相變中動態非均勻性在接近相變點時的發散現象，而且觀測到了密集顆粒流的內部微觀動力學過程。本課題將在前期研究基礎上，綜合以上各種實驗技術，系統地研究不同顆粒體系中的阻塞相變機理，同時建立密集顆粒流中微觀動力學過程與巨觀流體力學描述的關係。

結題摘要

顆粒物理研究在過去二十年得到了很大的發展，從過去的單純套用研究走到了基礎物理研究的前列。2005年Science雜誌列舉的125個還未解決的重大科學問題其中就包括了顆粒流的流變特性的流體力學描述和玻璃化轉變的機理兩個問題。課題組藉助同步輻射X射線成像技術，以及醫用CT成像等技術手段，在玻璃化轉變機制、密集顆粒流的流變學、靜態顆粒（多分散球狀、單分散球狀、橢球、棍狀顆粒等）堆積結構等重要科學問題上都取得了非常重要的結果。特別是在玻璃化轉變問題上，課題組通過濕顆粒模擬具有相互吸引的原子體系，在其中找到了具有五軸對稱性的局部最優結構，為玻璃化轉變的幾何機制提供證據支持；在後續工作中課題組又系統性地研究了不同振動條件（溫度）下的顆粒堆積（硬球玻璃的模型系統），揭示了玻璃化轉變可能是一種特殊的結構相變，有望對已經爭論了幾十年的玻璃化轉變的機制研究提供重要證據和方向。這兩項工作都發表於《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌。在利用X射線成像技術研究顆粒物理的同時，課題組也追蹤和發展X射線成像技術，在上海光源搭設了一套高解析度光柵X射線相襯成像裝置，在生物醫學影像領域取得了一些結構，在無造影劑情況下識別了腫瘤新生血管、腫瘤微小轉移病灶等，有望套用於一些前沿生物醫學問題的研究。