Tijdens een wandeling langs het strand, onze voetafdrukken vertellen ons dat het zand onder het oppervlak zich moet hebben verplaatst, maar niet precies waar of hoe. Soortgelijke bewegingen komen voor in veel andere natuurlijke en door de mens gemaakte stoffen, zoals sneeuw, bouwmaterialen, farmaceutische poeders, en zelfs granen.

Om deze grotendeels onbekende granulaire bewegingen te onderzoeken, academici van het Sydney Centre in Geomechanics and Mining Materials (SciGEM), waaronder hoogleraar civiele techniek, Itai Einav en postdoctoraal onderzoeksmedewerker, Dr. James Baker heeft een nieuwe röntgenmethode ontwikkeld waarmee wetenschappers in korrelige stromen kunnen kijken. Röntgenreografie genaamd, of "schrijfstroom", hun aanpak verzamelt informatie met behulp van 3-punts hogesnelheidsradiografie, en verzamelt deze informatie vervolgens door een puzzel in Sudoku-stijl op te lossen.

"Stel je koffie voor in molens, rijst in silo's, en mineralen op transportbanden - we weten al heel lang dat de korrels die in de bulk zijn verborgen, bewegen, maar tot nu toe hebben we niet precies begrepen hoe. Onze röntgenreografie is de eerste fysieke methode om dit op te lossen, " legde professor Einav uit.

Deze doorbraak is de laatste die voortkomt uit het "DynamiX"-laboratorium van het team, een uniek, op maat gemaakte faciliteit die in 2015 werd opgericht om stromende korrelige media te onderzoeken. Het laboratorium bestaat uit een grote met lood beklede röntgenkamer, met drie beweegbare bron-detectorparen om ondervraging van tal van verschillende experimenten mogelijk te maken, en een externe controlekamer.

De nieuwe röntgenreografietechniek heeft de mogelijkheid om een ​​driedimensionaal beeld te vormen van bewegende korrels, wat de onderzoekers heeft geholpen beter te begrijpen hoe deeltjes stromen en zich onder verschillende omstandigheden gedragen. In veel voorbeelden hebben ze ontdekt dat korrelige media de neiging hebben om in unieke patronen en golven te stromen.

"In tegenstelling tot vloeistoffen, we ontdekten dat beperkte, driedimensionale gestage granulaire stromen ontstaan ​​door cycli van samentrekking en uitzetting, à la 'granulaire longen'. Opnieuw, in tegenstelling tot vloeistoffen, we ontdekten ook dat korrels de neiging hebben om langs evenwijdige lijnen te reizen, zelfs in de buurt van gebogen grenzen.

Experimenteren met verschillende korrelige materialen, het team ontdekte ook dat vorm een ​​belangrijke factor is bij het bepalen van de flow, bijvoorbeeld langwerpige gerstkorrels bewegen sneller dan hun bolvormige tegenhangers. In andere situaties, verschillende soorten granen kunnen de neiging hebben om zich te groeperen, of "segregeren", net als bij het legen van een cornflakesdoos.

De bevindingen van de onderzoekers kunnen worden toegepast op een aantal industrieën, zoals het helpen ontwikkelen van betere silo-oplossingen voor eetbare granen, het voorkomen van verspilling en bederf in zowel de landbouw als de grootschalige voedselproductie, evenals efficiënter transport en opslag van mijnbouwmiddelen.

"Tot nu, het begrijpen van korrelige bewegingen in ondoorzichtige materialen is lange tijd een uitdaging geweest voor veel industrieën, zoals engineering, wetenschap, mijnbouw en zelfs landbouw, " verklaarde Dr. James Baker.

"De potentiële voordelen omvatten vele gebieden, of het nu gaat om het begrijpen van het mengen van farmaceutische poeders of het efficiënt transporteren van voedselgranen of bouwmaterialen."

Professor Einav hoopt dat de creatieve benadering van zijn team bij het gebruik van een spel van logica om een ​​lang onbegrepen wetenschappelijk probleem te beantwoorden, kan helpen bij het heroverwegen van andere onderzoeksbenaderingen, "We hebben met succes een nieuwe benadering toegepast op een lopend probleem, dus we moeten ons afvragen hoe andere games ons kunnen helpen verdere doorbraken te realiseren?"

De krant, Röntgenreografie onthult vlakke granulaire stromen ondanks niet-vlakke wanden, mede geschreven door professor Itai Einav, Dr James Bakker, Dr François Guillard en Dr Benjy Marks en werd gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 30 november.