شبیه سازی دینامیک مولکولی

 دینامیک ملکولی یکی از شاخه‌های فیزیک محاسباتی است.در این روش برهمکنش میان اتم‌ها و ملکول‌ها در بازه‌هایی از زمان بر اساس قوانین فیزیک، به‌وسیله کامپیوتر شبیه‌سازی می‌شود.این روش برای اولین بار در سال ۱۹۵۷ توسط آلدر(Alder) و واینرایت(Wainwright) برمبنای مدل کره سخت به کار گرفته شد. درسال ۱۹۶۴ رحمان (Anees Rahman) مدل کره نرم را در شبیه‌سازی خود به کار برد. از وی به عنوان پدر دینامیک ملکولی یاد می‌شود.

 
دینامیک مولکولی شکلی از شبیه سازی کامپیوتری است که در ان اتمها و مولکولها اجازه دارند برای یک دوره از زمان تحت قوانین شناخته شده فیزیک باهم برهم کنش کنند و چشم اندازی از حرکت اتمها بدهند. از آنجائیکه سیستمهای مولکولی عموما شامل تعداد زیادی از ذرات هستند امکان پذیر نیست که ویژگیهای سیستمهای پیچیده را بطور تحلیلی بدست آوریم. شبیه سازی دینامیک مولکولی این مساله را با بکار بردن روش محاسباتی حل می‌کند. این روش یک واسطه بین تجربیات آزمایشگاهی و نظریه ایجاد می‌کند و به عنوان یک آزمایش مجازی در نظر گرفته می‌شود. دینامیک مولکولی روابط بین ساختار مولکولها، حرکت مولکولهاو توابع مولکولی را بررسی می‌کند. دینامیک مولکولی یک روش منظم چندگانه‌است. قوانین و نظریه‌های آن از ریاضیات، فیزیک و شیمی بدست می‌آید و الگوریتم‌هایی را از علم رایانه و نظریه اطلاعات بکار می‌برد.دینامیک مولکولی ابتدا در فیزیک نظری در دهه ۱۹۵۰ استفاده شد. اما امروزه بیشتر در علم مواد و زیست مولکول بکار می‌رود. قبل از اینکه امکان شبیه سازی دینامیک مولکولی با رایانه‌ها بوجود بیاید عده‌ای کار سخت آزمایش کردن آن بوسیله مدلهای فیزیکی مانند کره‌های ماکروسکوپیک را متعهد شدند. ایده این بود که انها را مرتب کنند تا ویژگیهای مایع را تکرار کند. آقای برنال در سال ۱۹۶۲ گفت من تعدادی از توپهای پلاستیکی در نظر می‌گیرم و آنها را با میله‌هایی در مخدوده طول ۲٫۷۵ تا ۴ اینچ بهم می‌چسبانم و سعی می‌کنم در اولین محلی که امکانش هست در محل کارم انجام دهم و حدود هر ۵ دقیقه مختل کنم و ان کاری را که قبلا انجام داده‌ام به یاد نیاورم. اما خوشبختانه امروز رایانه‌ها مسیر قیدها را حفظ می‌کنند.
پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی کامپیوتری مدلی برای مطالعه خنثی سازی یک گاز سمی به‌نام vx ارائه کردند. این مدل می‌تواند موجب کاهش تعداد آزمایشات مورد نیاز برای مطالعه این فرآیند شود. آزمایش روی فرآیند خنثی سازی این گاز بسیار خطرناک است بنابراین این پروژه گامی مثبت در این حوزه به‌شمار می‌رود.
 
Vx (مخفف o اتیل s-] 2-( دی ایزوپروپیل آمینو) اتیل] متیل فسفونوتیوآت) ماده‌ای است که در سال 1996 در فیلم Rock با هنرمندی نیکولاس کیج به‌عنوان ماده‌ای سمی معرفی گردید. در این فیلم از vx به‌عنوان سم اعصاب نام برده شد که بسیار خطرناک است. هرچند این سم توسط کنوانسیون سلاح‌های شیمیایی ممنوع اعلام شده اما شناسایی و خنثی کردن آن برای استفاده احتمالی تروریست‌ها اهمیت زیادی دارد. این موضوع بسیار خطرناک است.
 
ریچارد گی و همکارانش از آزمایشگاه ملی لورنس در کالیفرنیا نشان دادند که می‌توان با استفاده از اولین اساس دینامیک مولکولی (FPMD) تعداد آزمایشات خطرناک مورد نیاز برای این کار را کاهش داد. آنها از مدل FPMD خود برای شبیه‌سازی مسیرهای اکسیداسیون و هیدرولیز این ماده استفاده کرده و نتایج کار خود را با یافته‌های تجربی مقایسه کردند. این گروه تحقیقاتی به تطابق خوبی میان این دو رسیدند که این امر روش آنها را برای درک بهتر چگونگی برهمکنش vx با محلول‌های خنثی کننده نشان می‌دهد. در نتیجه تعداد آزمایشات مورد نیاز برای مطالعه خنثی سازی این سم را کاهش می‌دهد.
 
البته این گروه تحقیقاتی مطالعات نظری دیگری را روی خنثی سازی vx انجام داده‌اند اما آنها معتقدند که این اولین باری است که به‌صورت شفاف این فرآیند توضیح داده می‌شود. این موضوع موجب می‌شود که بتوان شبیه‌سازی‌های دقیق‌تری را در این‌باره انجام داد.
 
گی می‌گوید شرایط حلال برای تاثیر عمیق روی مکانیسم تجزیه سم بسیار مهم است. اولین محصول تجزیه vx در یک محدوده pH مشخص می‌تواند به اندازه خود سم خطرناک باشد. آنتونیو آگویلار، متخصص شبیه سازی دینامیک از دانشگاه بارسلونا می‌گوید این مدل که توسط گروه تحقیقاتی گی ارائه شده است بسیار دقیق بوده و می‌توان آن را در جاهای مختلف به کار برد. زمانی که از دیگر واکنش‌ها یا حلال‌ها استفاده می‌شود این محاسبات با مسائل دیگری روبرو نخواهد شد.
 
گی می‌گوید این نوع استفاده از شبیه سازی اهمیت زیادی در پروژه ما دارد. راهبرد محاسبات پیش از این نیز برای تجزیه و خنثی سازی گاز سمی سارین مورد استفاده شده بود این گاز اعصاب در حمله تروریستی سال 1995 توکیو به کار گرفته شده بود.
خدمات و محصولات صنعتی

 الکتروپمپ

 

 

 

صنعت آب