多種反応系の統計物理学的研究

多反应系统的统计物理研究

• 批准号: 08J07572
• 负责人: 上村 淳
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J07572/
• 关键词: 非平衡シミュレーション; 化学反応; 理論生物学; 輸送

本研究課題は、多種多様な粒子が系の中で反応などの相互作用をする系の挙動を、ミクロな観点からのアプローチにより探索することを研究目的とする。主に以下の4つのトピックにまとめられる。1.流れのある低次元反応拡散系の異常な振る舞い:圧力差のある境界間を流れる粒子流の中で反応が拡散とともにどのように進むのかという動機のもと、反応A+B→C+D,2A→2Cを用いて、分子動力学法を用いたシミュレーションを行った。2・3次元系の剛体粒子系の一方向の両端に密度差をつけ、高密度側から反応物が流入するような系について、低次元性に起因して反応物が分離しながら流れていくことを確認し、反応による反応物濃度の減衰と空間次元依存性を調べた。この結果は、低次元空間を流れる反応チャネルなどにおける空間次元と反応速度の異常な振る舞いを示すものと考えられる。当該年度には、以上の結果をまとめた論文を出版した。2.熱拡散効果と効率:分子動力学法により剛体粒子系を用いて、熱拡散効果およびその効率向上を目指したシミュレーションを行った。まず、質量の異なる2成分剛体粒子系に温度勾配をつけ、その結果、質量の大きな成分が低温側に集積することが確認され、実際にソーレ係数を見積もった。該当年度では、以上の結果を外国を含む国際会議において発表を行った。3.相互触媒反応系を用いた細胞モデルとその空間分布:生命活動に代表される非平衡反応系では、反応速度は必ずしも熱揺らぎだけで決定されるだけでなく、反応に必要な分子や成分などがその反応するスポットにあるかないかなども大きく影響する。最も単純な細胞モデルとして2種相互触媒増殖反応系を提案し、剛体粒子を用いてブラウン動力学シミュレーションを行った。相互触媒増殖反応(X+Y→2X+Y,2Y+X)に加えて、1次で分解する反応(X→0,Y→0)も含まれている。2種の増殖レートがほぼ同程度であると、両者が混ざった塊で増殖していくのに対し、非対称(片方(Y)は非常に稀にしか増えない)であると、少数のYのまわりに多数のXが分布するひとつのユニットとして存在し、Yが増殖した場合にはそのYの拡散により、ユニットが二つに分かれる細胞分裂を模したプロセスが実現することがわかった。この結果は、細胞というユニットが作られるためには分子の少数性と溶媒の存在が大きく寄与しているという示唆を与えるものと考えられる。4.集団追跡と逃避:上記3つのトピックでは、ミクロには粒子は拡散をしているだけであったが、近年"自己駆動粒子"と呼ばれる、単純な拡散よりは複雑ではあるが、ある一定のルールに従った単純な動きを行うものが集まったときに見せる集団的な振る舞いに興味が持たれている。その新たな対象として、ある集団は他の集団を追跡する一方、ある集団は他の集団から逃避しようとする問題を単純なモデルを用いて提案した。

The purpose of this study is to explore the interaction between multiple particles and their interaction. The main part of the book is the following: 1. The flow of particles in the low-dimensional anti-dispersion system is abnormal. The flow of particles in the low-dimensional anti-dispersion system is abnormal. The flow of particles in the low-dispersion system is abnormal. The flow of particles in the low-dimensional anti-dispersion system 2. The density difference of rigid particle system in one direction, the inflow of anti-particle in high density side, the separation of anti-particle in low density side, the confirmation of anti-particle concentration and the adjustment of spatial dimensional dependence. The result is that the flow in low dimensional space is reversed and the vibration in low dimensional space is abnormal. The results of this year's publication 2. Thermal dispersion effect: molecular dynamics method for rigid particle systems 2-component rigid particle system with different mass and temperature matching, results, mass and mass components, low temperature side integration, confirmation and practical integration coefficient This year's international conference will be held in Beijing. 3. The spatial distribution of the interaction catalyst reaction system in the cell: the life activity represents the non-equilibrium reaction system, the reaction speed must be determined by the temperature, the reaction speed must be determined by the molecular composition, the reaction speed must be determined by the reaction speed, the reaction speed must be determined by the molecular composition, the reaction speed must be determined by the reaction speed, the reaction speed must be determined by the The most pure cell model is proposed for two kinds of mutual catalytic reaction systems, and the rigid particle model is used for dynamic analysis. Intercatalytic reproduction reaction (X+Y→2X+Y, 2Y +X) is added, and decomposition reaction (X→0,Y→0) is added. The two kinds of proliferation are distributed in the same degree, and the two kinds of proliferation are mixed. The two kinds of proliferation The result is that the cell and the molecule have a small number of solvents, and the solvent has a large number of molecules. 4. Group tracking and escape: note 3: in recent years,"self-moving particles" and "pure particles" and "complex particles" and "pure particles" and "particles" and "particles" particles "and" particles "and A new group of people is trying to track down a new group of people.

项目成果

Distribution in flowing reaction-diffusion system

流动反应扩散系统中的分布

• 发表时间: 2009
• 期刊: Physical Review E 80
• 作者: A.Kamimura;H.J.Herrmann;N.Ito
• 通讯作者: N.Ito

Nonequilibrium dynamics of a reacting network system

反应网络系统的非平衡动力学

• 发表时间: 2009
• 期刊: Artificial Life and Robotics 13
• 作者: A. Kamimura;T. Shimada;N. Ito
• 通讯作者: N. Ito

Molecular dynamics simulation of a thermoelectric engine and its efficiency

热电发动机的分子动力学模拟及其效率

• 发表时间: 2009
• 作者: 上村淳、Giulio Casati;伊藤伸泰
• 通讯作者: 伊藤伸泰

剛体粒子系の熱拡散シミュレーション

刚性粒子系统的热扩散模拟

• 发表时间: 2009
• 作者: 上村淳;伊藤伸泰
• 通讯作者: 伊藤伸泰

Formation of units in simple catalytic processes

简单催化过程中单元的形成

• 发表时间: 2009
• 作者: Atsushi Kamimura;Kunihiko Kaneko
• 通讯作者: Kunihiko Kaneko