قوة الحوسبة تحل اللغز الجزيئي

-الحوسبة-تحل-اللغز-الجزيئي.jpg


علم جسيمات NTNU

باستخدام مزيج جديد من تقنيتي محاكاة ، اكتشف العلماء في NTNU طريقة جديدة لدراسة سلوك الجزيئات.

هذه أخبار جيدة لصناعة الكيماويات.

تحدث التفاعلات الكيميائية طوال الوقت من حولنا – في الهواء الذي نتنفسه ، وفي الماء الذي نشربه ، وفي المصانع التي تصنع المنتجات التي نستخدمها كل يوم. وتحدث ردود الفعل هذه أسرع بكثير مما تتخيل.

في ظل الظروف المثلى ، يمكن للجزيئات أن تتفاعل مع بعضها البعض في جزء من المليون من الثانية.

يهيمن حرم NTNU على تروندهايم
NTNU ث تروندهايم

تسعى الصناعة جاهدة باستمرار لتحقيق عمليات كيميائية أسرع وأفضل. أحد الأمثلة على ذلك هو إنتاج الهيدروجين ، والذي يتطلب تقسيم جزيئات الماء.

لتحسين العمليات ، نحتاج إلى معرفة كيفية تفاعل الجزيئات المختلفة مع بعضها البعض وما الذي يؤدي إلى حدوث هذه التفاعلات.

صعب ، حتى مع محاكاة الكمبيوتر

تتيح عمليات المحاكاة الحاسوبية دراسة ما يحدث في جزء من المليون من الثانية.

وبالتالي ، إذا كان تسلسل التفاعل الكيميائي معروفًا ، أو إذا كانت المحفزات التي تبدأ التفاعل متكررة ، فيمكن دراسة خطوات التفاعل باستخدام تقنيات محاكاة الكمبيوتر القياسية.

ومع ذلك ، فإن هذا ليس هو الحال في الممارسة العملية. غالبًا ما تتصرف التفاعلات الجزيئية بشكل مختلف. غالبًا ما تكون الظروف غير مثالية – كما هو الحال مع جزيئات الماء المستخدمة لإنتاج الهيدروجين – مما يجعل دراسة التفاعل أمرًا صعبًا ، حتى في عمليات المحاكاة الحاسوبية.

مختبر العلوم في النرويج

حتى وقت قريب ، لم نكن نعرف سبب تحلل جزيئات الماء. نعلم أن عمر جزيء الماء يقارب عشر ساعات قبل أن يتحلل.

قد لا تبدو عشر ساعات وكأنها وقت طويل ، ولكن بالمقارنة مع المقياس الزمني الجزيئي – رباعي المليون من الثانية – إنها حقًا فترة طويلة.

هذا يجعل من الصعب للغاية فهم الآلية التي تتحلل بها جزيئات الماء. إنه مثل البحث عن إبرة في كومة قش كبيرة.

مزيج من تقنيتين

وجد العلماء في NTNU مؤخرًا طريقة للتعرف على إبرة في كومة قش كهذه. في دراستهم ، قاموا بدمج تقنيتين لم يتم استخدامهما معًا من قبل.

باستخدام طريقة محاكاة خاصة ، نجح العلماء أولاً في محاكاة كيفية تكسير جزيئات الماء.

يقول الباحث أندرس ليرفيك Anders Lervik من قسم الكيمياء NTNU: “لقد بدأنا مشاهدة مقاطع فيديو المحاكاة التي يبلغ عددها عشرة آلاف وتحليلها يدويًا ، في محاولة للعثور على سبب انقسام جزيئات الماء”.

عالم في المختبر

عمل مع البروفيسور تيتوس فان إيرب.

كميات هائلة من البيانات

“بعد قضاء الكثير من الوقت في دراسة مقاطع فيديو المحاكاة هذه ، وجدنا بعض العلاقات المثيرة للاهتمام ، لكننا أدركنا أيضًا أن كمية البيانات كانت أكبر من أن يتم التحقق منها يدويًا.

استخدم العلماء التعلم الآلي لاكتشاف أسباب رد الفعل. لم يتم استخدام هذه الطريقة مطلقًا لمحاكاة من هذا النوع.

من خلال هذا التحليل ، وجد الباحثون عددًا صغيرًا من المتغيرات التي تصف ما يثير الاستجابات.

وقد وفر ما وجدوه معرفة تفصيلية بالآلية المسببة بالإضافة إلى أفكار لتحسين العملية.

يعد إيجاد طرق لتشغيل التفاعلات الكيميائية الصناعية بشكل أسرع وأكثر كفاءة خطوة مهمة إلى الأمام في هذا البحث. يوفر إمكانات كبيرة لتحسين إنتاج الهيدروجين.

تمت كتابة هذا المنشور بواسطة Pernille Feilberg ونشره أصدقاؤنا لأول مرة على Gemini.no.

النشرة الإخبارية الأسبوعية للنرويج عبر البريد الإلكتروني



scroll to top