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          計算能力解開了分子之謎

          【摘要】:
          研究人員必須研究近10萬張這種類型的模擬圖像,才能確定是什么觸發了水分子的分裂。大量的計算能力投入到了這些模擬中。化學反應總是發生在我們周圍-在我們呼吸的空氣中,在我們喝的水里,在生產我們日常生活中使用的產品的工廠里。這些反應出乎意料的快。在給定的最佳條件下,分子可以在十億分之一秒內相互反應。工業界一直在努力實現更快更好的化工過程。制造氫,這需要分裂水分子,是一個例子。為了改善這一過程,研究人員需
          研究人員必須研究近10萬張這種類型的模擬圖像,才能確定是什么觸發了水分子的分裂。大量的計算能力投入到了這些模擬中。
          化學反應總是發生在我們周圍-在我們呼吸的空氣中,在我們喝的水里,在生產我們日常生活中使用的產品的工廠里。這些反應出乎意料的快。在給定的最佳條件下,分子可以在十億分之一秒內相互反應。
          工業界一直在努力實現更快更好的化工過程。制造氫,這需要分裂水分子,是一個例子。為了改善這一過程,研究人員需要知道不同的分子是如何相互作用的,以及是什么觸發了這些反應。計算機模擬可以研究一億億分之一秒內發生的事情,因此,如果知道化學反應的順序,或者如果引發反應的觸發因素經常發生,就可以研究反應的步驟。
          但實際情況往往并非如此。分子反應經常表現出不同的行為。最優的條件往往不存在,比如用于制氫的水分子,這使得即使用計算機模擬也很難對反應進行研究。
          直到最近,科學家們還不知道是什么引發了水分子的分裂。然而,眾所周知,水分子在分裂之前有10小時的壽命。十個小時聽起來可能不是很長,但與分子時間尺度,十億分之一秒,相比,它是相當長的。這使得確定導致水分子分裂的機制具有極大的挑戰性。就像大海撈針一樣。
          NTNU的研究人員最近發現了一種方法來識別大海撈針。在他們的研究中,他們結合了兩種以前沒有一起使用過的技術。
          他們研究了近10萬張這種類型的模擬圖像,然后才能確定是什么觸發了水分子的分裂。大量的計算能力投入到了這些模擬中。通過他們的特殊方法,研究人員設法精確地模擬了水分子是如何分裂的。NTNU化學系的研究員Anders Lervik說:“我們開始查看這10,000張模擬膠片,手工分析它們,試圖找出水分子分裂的原因。”
          “在花了大量時間研究這些模擬電影之后,我們發現了一些有趣的關系,但我們也意識到,數據量太大了,無法手動調查所有東西。”研究人員使用機器學習的方法來發現引發反應的原因。這種方法從未用于這種類型的模擬。通過這一分析,他們發現了一小部分變量,這些變量描述了是什么引發了這些反應。
          他們的發現提供了關于因果機制的詳細知識,以及改進這一過程的想法。在這項研究中,為使工業化學反應更快、更有效地發生,已經邁出了重要的一步。它為提高氫氣產量提供了很大的潛力。
           
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