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物理学报 2025年

作者：孙强董烨杨薇张含天宋萌萌刘朝晖王子鸣周前红北京应用物理与计算数学研究所中国工程物理研究院研究生院

稠密等离子体焦点（DPF）是一种脉冲强流放电装置，在粒子加速器、受控核聚变、空间推进及脉冲中子源等领域有着广泛应用。本文采用耦合外电路的双温磁流体动力学模型，研究了DPF的轴向加速和径向内爆过程，并探讨了装置参数对等离子体... 详细信息

稠密等离子体焦点（DPF）是一种脉冲强流放电装置，在粒子加速器、受控核聚变、空间推进及脉冲中子源等领域有着广泛应用。本文采用耦合外电路的双温磁流体动力学模型，研究了DPF的轴向加速和径向内爆过程，并探讨了装置参数对等离子体运动的影响规律。首先，通过与实验结果的对比，验证了双温磁流体模型的准确性。然后针对DPF装置开展了物理过程及规律的理论和模拟研究。研究表明在洛伦兹力的作用下，DPF等离子体鞘沿轴向不断加速，到达内电极末端后部分等离子体沿径向向内压缩，最终在对称轴上形成高温高密等离子体。对于大型DPF装置，增加电路电压能显著提升电流水平；同时阴阳极半径之比应尽可能小，这可以在其他参数不变的情况下，有效提高DPF的峰值电流和箍缩电流。

关键词：稠密等离子体焦点磁流体模拟等离子体加速箍缩

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周毓麟先生在计算物理领域的成就与贡献——纪念周毓麟院士百年诞辰

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计算物理 2023年第1期40卷 2-3页

作者：北京应用物理与计算数学研究所北京应用物理与计算数学研究所

2023年2月12日是著名数学家周毓麟院士百年诞辰纪念日,为此北京应用物理与计算数学研究所特在本刊发表文章介绍周先生在计算物理领域的学术成就和贡献,以飨读者。本文从计算物理的视角,重点介绍周先生在计算流体力学和核武器数值模拟等... 详细信息

2023年2月12日是著名数学家周毓麟院士百年诞辰纪念日,为此北京应用物理与计算数学研究所特在本刊发表文章介绍周先生在计算物理领域的学术成就和贡献,以飨读者。本文从计算物理的视角,重点介绍周先生在计算流体力学和核武器数值模拟等方面的研究工作,以表达对周毓麟院士崇高的敬意和深深的怀念。

关键词：计算物理百年诞辰应用物理计算数学计算流体力学著名数学家毓麟纪念周

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混合驱动中直驱激光焦斑尺寸对点火性能的影响

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计算物理 2023年第2期40卷 189-198页

作者：李志远李纪伟王立锋戴振生谷建法何民卿吴俊峰叶文华贺贤土北京应用物理与计算数学研究所北京100094

研究针对混驱点火模型,保持直驱激光能量不变,针对1200,1400和1500μm直驱光焦斑尺寸,采用数值模拟,研究其对点火性能的影响。研究表明:直驱光焦斑尺寸是影响混驱点火性能的敏感因素。1500μm焦斑尺寸可实现近一维点火。1400μm焦斑尺... 详细信息

研究针对混驱点火模型,保持直驱激光能量不变,针对1200,1400和1500μm直驱光焦斑尺寸,采用数值模拟,研究其对点火性能的影响。研究表明:直驱光焦斑尺寸是影响混驱点火性能的敏感因素。1500μm焦斑尺寸可实现近一维点火。1400μm焦斑尺寸放能接近一维放能的40%。1200μm焦斑尺寸点火失败,仅仅处于燃烧等离子体状态。分析表明,1200μm焦斑尺寸条件下点火失败的原因是:其产生的局部强光强和高驱动不对称性,会导致燃料熵增加及燃料面密度扰动增加。燃料熵的增加将会降低燃料压缩性,不利于创造高温高压点火条件,形成的燃烧波较弱。燃料面密度扰动增加会导致燃烧后壳层不稳定性剧烈增长。推断在小焦斑尺寸条件下,弱燃烧波及高燃料面密度扰动增长,会导致高密度尖钉难以被有效点燃,无法形成升温与燃烧的正反馈。同时,燃料区域内界面不稳定性发展产生的尖钉结构将降低热斑温度,产生的气泡结构将引起热斑体积迅速变大,导致热斑快速降温乃至点火失败。

关键词：混合驱动焦斑尺寸焦斑重叠驱动不对称性惯性约束聚变

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院士访谈:贺贤土谈建立深度的科学认识及战略科学家的培养

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计算物理 2023年第2期40卷 128-135页

作者：刘洁黄烁蔡洪波(访问整理) 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

应《计算物理》主编江松院士的邀请,贺贤土院士接受了本刊的独家专题访谈。访谈内容包括:在国家安全等关键领域开展科技创新的重大意义,如何实现科技创新,如何突破现阶段国家科技创新所面临的困境,以及战略科学家的培养等内容。在访谈中。

关键词：国家科技创新战略科学家关键领域科学认识访谈内容专题访谈《计算物理》独家

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三平板传输线结构的解析分析方法

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强激光与粒子束 2022年第9期34卷 87-92页

作者：毛重阳王冠琼王小光北京应用物理与计算数学研究所北京100094

在考虑不等宽度三平板传输线的极板边缘效应和极板厚度的条件下,建立了单位长度电容、特性阻抗和各位置电场强度幅值的解析求解方法。该方法利用保角变换,将三平板传输线的不规则场边界变换为规则边界,所得结果是不带有任何近似的准确... 详细信息

在考虑不等宽度三平板传输线的极板边缘效应和极板厚度的条件下,建立了单位长度电容、特性阻抗和各位置电场强度幅值的解析求解方法。该方法利用保角变换,将三平板传输线的不规则场边界变换为规则边界,所得结果是不带有任何近似的准确值。该方法计算结果与利用商业软件Ansoft进行模拟所得结果一致,证明该方法正确且可行。

关键词：特性阻抗三平板传输线保角变换施瓦茨-克里斯托费尔变换分式线性变换解析求解

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输运问题蒙特卡罗模拟方法回顾及展望

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强激光与粒子束 2022年第2期34卷 50-56页

作者：邓力北京应用物理与计算数学研究所北京100094

蒙特卡罗(MC)方法具有复杂几何处理能力强,方法通用灵活,核数据完备,模拟忠实于物理过程等特点,成为中子学数值模拟的首选方法之一。在核能领域,MC方法得益于计算机的快速发展,在辐射屏蔽、反应堆堆芯临界安全分析、乏燃料后处理、放射... 详细信息

蒙特卡罗(MC)方法具有复杂几何处理能力强,方法通用灵活,核数据完备,模拟忠实于物理过程等特点,成为中子学数值模拟的首选方法之一。在核能领域,MC方法得益于计算机的快速发展,在辐射屏蔽、反应堆堆芯临界安全分析、乏燃料后处理、放射性废物处置、核设施退役、核事故应急、放射性石油测井、核医学等领域均有广泛应用。对MC方法及软件输运计算做简要回顾,并对未来发展进行展望。

关键词：核工程粒子输运 MC方法及软件展望

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求解接触问题鞍点系统的一类两网格预处理方法

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北京理工大学学报 2025年第3期45卷 248-255页

作者：段晓宇安恒斌中国工程物理研究院研究生院北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京100088

在结构力学接触问题的数值模拟中,使用Lagrange乘子法施加接触约束会产生大规模离散鞍点线性方程组.由于鞍点矩阵的不定性,其求解难度较大,针对二维绑定接触问题,提出了一种新型插值方式的两网格预处理方法,其核心思想是对任意光滑算法... 详细信息

在结构力学接触问题的数值模拟中,使用Lagrange乘子法施加接触约束会产生大规模离散鞍点线性方程组.由于鞍点矩阵的不定性,其求解难度较大,针对二维绑定接触问题,提出了一种新型插值方式的两网格预处理方法,其核心思想是对任意光滑算法,在精确求解粗网格系统时实现单次收敛.此外,构造的粗网格算子具有对称正定性,能有效反映接触约束条件.数值实验结果表明,该方法仅需要较少的迭代次数即可收敛,在多种接触模型中表现出较高的计算效率,其计算时间相比于SIMPLE方法最多可减少80%.同时,该方法在不同的接触约束条件下仍保持较强的健壮性,且适用于大规模计算.

关键词：接触力学迭代法线性方程组鞍点系统两网格预处理

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高温高压下镁及典型镁铝合金的电热导率研究

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物理学报 2025年

作者：陈浩徐远骥咸家伟高兴誉田付阳宋海峰北京科技大学应用物理研究所北京应用物理与计算数学研究所计算物理全国重点实验室

金属材料因其优异的电输运性能和良好的散热性能，在工业领域应用广泛。高温高压条件下，实验测量金属的电热导率难度大且成本高，数值模拟则是一种高效的方法。本研究基于Kubo-Greenwood (KG)公式结合第一性原理分子动力学开发了电导... 详细信息

金属材料因其优异的电输运性能和良好的散热性能，在工业领域应用广泛。高温高压条件下，实验测量金属的电热导率难度大且成本高，数值模拟则是一种高效的方法。本研究基于Kubo-Greenwood (KG)公式结合第一性原理分子动力学开发了电导率和电子热导率计算软件TRansport at EXtremes (TREX)。采用该软件计算了镁及镁铝合金AZ31B在300～1200K和0～50 GPa温压范围内的电导率和电子热导率，并与Boltzmann transport equation(BTE)的计算结果进行了对比。应用Slack方程计算其晶格热导率，结合电子热导率得到了其总热导率。TREX软件的计算结果与实验测试数据高度吻合，充分验证了其计算电热导率的准确性，并系统揭示了电热导率随温度与压强的变化规律。本文数据集可科学数据银行数据库https://***/10.57760/sciencedb.j00213.00128中访问获取(审稿阶段请通过私有访问链接查看本文数据集https://***/s/jA7rq2)。

关键词： Kubo-Greenwood 镁及AZ31B合金电导率热导率

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质子碰撞硼原子非辐射的电荷转移过程

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物理学报 2023年第16期72卷 86-93页

作者：朱宇豪袁翔吴勇王建国西安建筑科技大学理学院西安710055 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100084

重粒子碰撞中的电子转移涉及复杂的电子关联机制,极大地影响等离子体中电荷态平衡,也是X射线的辐射的重要来源之一.电子转移截面与速率系数是国防工业发展核聚变等离子体所需要的重要原子参数.基于全量子的非辐射分子轨道密耦合方法,系... 详细信息

重粒子碰撞中的电子转移涉及复杂的电子关联机制,极大地影响等离子体中电荷态平衡,也是X射线的辐射的重要来源之一.电子转移截面与速率系数是国防工业发展核聚变等离子体所需要的重要原子参数.基于全量子的非辐射分子轨道密耦合方法,系统研究了质子碰撞硼原子在10^(-3)-10^(3)eV/u能量区间内的硼原子电子转移过程.计算采用多参考组态方法得到总共15个电子转移、激发以及弹性散射的通道,每个通道对应的分子态能量得到了与实验符合较好的结果.分子态的绝热势能曲线间的避免交叉现象明显,构成了电子转移的主要途径.计算发现,质子碰撞硼原子过程中2s轨道的电子转移是占主导地位,2p轨道的电子转移贡献较小.在低能区,电子转移截面出现了明显的量子共振现象,这些共振主要来源于不同能量通道的耦合.此外,还计算了不同温度下的质子碰撞硼原子的电子转移速率,该速率可为复杂等离子体环境的模拟诊断提供重要的原子参数支持.

关键词：电子转移重粒子碰撞势能曲线

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耐事故核燃料UN抗氧化机制与性能增强的研究进展

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工程科学学报 2025年第4期47卷 682-696页

作者：张钰赵旭文张玉娟杨宇吕文婷刘晓光褚明福杨振亮许靖堃葛昌纯北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国工程物理研究院材料研究所绵阳621900

氮化铀具有高铀密度、高热导率和高熔点等优点,被认为是最有潜力的耐事故核燃料之一.尽管氮化铀在核能安全等方面展现出极高的应用价值,但高温抗氧化性能和腐蚀性能不佳是其作为候选耐事故核燃料亟需解决的问题.针对氮化铀基核燃料在堆... 详细信息

氮化铀具有高铀密度、高热导率和高熔点等优点,被认为是最有潜力的耐事故核燃料之一.尽管氮化铀在核能安全等方面展现出极高的应用价值,但高温抗氧化性能和腐蚀性能不佳是其作为候选耐事故核燃料亟需解决的问题.针对氮化铀基核燃料在堆内服役条件下的低抗氧化性能,本文总结了氮化铀在空气中的氧化反应过程和提升氮化铀核燃料抗氧化性能的方法,具体包括采用高耐腐蚀陶瓷烧结形成保护屏障、添加合适的金属元素合金化、表面涂层技术等方法.重点讨论了氮化铀与各种陶瓷抗氧化相包括二氧化铀,二硅化三铀和其他陶瓷抗氧化相烧结形成复合燃料的抗氧化性能.其中,氮化铀-二氧化铀型复合燃料相比于氮化铀在高温和高压蒸汽环境下具有更高的氧化起始温度,显示出较高的抗氧化性能.因此重点探索了氮化铀-二氧化铀型复合燃料成分和微观结构对抗氧化性能影响的微观机制以及改进措施.三氮化二铀相的生成在提高氮化铀-二氧化铀抗氧化性能方面起到关键作用,但其高温稳定性仍存在争议.另外,本文还归纳了当前氮化铀基新型燃料在抗氧化性能提升研究方面亟需解决的科学问题.

关键词：耐事故燃料氮化铀抗氧化性能二氧化铀三氮化二铀

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