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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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基于深度学习的扩散方程扩散系数反问题求解

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计算物理 2025年第2期42卷 146-159页

作者：张延庆谷同祥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

物理信息神经网络(PINN)为偏微分方程正反问题数值求解开创了一条具有广阔应用前景的新途径。本文聚焦于扩散方程的扩散系数反演问题。针对固定系数、各向异性系数、空间依赖系数、时空依赖系数以及非线性扩散系数等问题展开了系统研究... 详细信息

物理信息神经网络(PINN)为偏微分方程正反问题数值求解开创了一条具有广阔应用前景的新途径。本文聚焦于扩散方程的扩散系数反演问题。针对固定系数、各向异性系数、空间依赖系数、时空依赖系数以及非线性扩散系数等问题展开了系统研究,提出了求解各类问题所需的网络结构及求解方法。数值实验表明,PINN方法在求解扩散系数反问题时只需较少的数据即可反演出较为精确的未知系数,并在一定噪声水平下表现出较强的稳健性。

关键词：物理信息神经网络微分方程反问题扩散方程数值解

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脉冲源法对次临界系统的适用性和限制条件

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计算物理 2025年第2期42卷 224-231页

作者：高屹郑妍徐琪张晓立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战略研究中心北京100094

构造了不含反射层和含轻材料(低原子序数材料)反射层高浓铀次临界模型,利用蒙特卡罗程序模拟脉冲中子源作用下中子和γ射线输运过程,通过调整活性区、反射层尺寸和密度,调整活性区和整个系统的有效增殖因子keff值,获得不同条件下活性区... 详细信息

构造了不含反射层和含轻材料(低原子序数材料)反射层高浓铀次临界模型,利用蒙特卡罗程序模拟脉冲中子源作用下中子和γ射线输运过程,通过调整活性区、反射层尺寸和密度,调整活性区和整个系统的有效增殖因子keff值,获得不同条件下活性区中子数(对不含反射层系统,活性区为系统本身)、泄漏γ射线计数率及γ计数率和活性区中子数比值随时间变化关系。研究了脉冲源法对不含反射层和含轻材料反射层次临界系统的适用性和限制条件。研究结果表明:脉冲源法仅适用于活性区近临界(活性区的keff值接近1)的次临界系统,活性区越接近临界,泄漏γ计数率越能准确反映活性区裂变衰减特性。给出了高浓铀次临界模型中确保脉冲源法适用的活性区keff限值,并讨论了脉冲源法应用于动态次临界系统的可能性。

关键词：脉冲源法次临界系统泄漏γ计数率瞬发中子衰减时间常数裂变衰减特性

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基于X射线荧光光谱的温稠密物质电子结构密度效应研究

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物理学报 2023年第24期72卷 189-195页

作者：张志宇赵阳青波张继彦马建毅林成亮杨国洪韦敏习熊刚吕敏黄成武朱托宋天明赵妍张玉雪张璐李丽灵杜华冰车兴森黎宇坤詹夏宇杨家敏中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900 四川大学原子与分子物理研究所成都610065 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

受密度及温度等环境效应影响,温稠密物质的电子结构显著变化,其理论描述非常复杂,精密实验数据亦非常缺乏.本文通过发展主动探测的X射线荧光光谱方法,从实验上定量研究了密度效应对温稠密物质电子结构的影响,有助于深入理解温稠密物质... 详细信息

受密度及温度等环境效应影响,温稠密物质的电子结构显著变化,其理论描述非常复杂,精密实验数据亦非常缺乏.本文通过发展主动探测的X射线荧光光谱方法,从实验上定量研究了密度效应对温稠密物质电子结构的影响,有助于深入理解温稠密物质的电子结构变化,并为相关理论模型提供实验验证.在万焦耳激光装置上,设计特殊构型黑腔加载约2倍固体密度、2 eV的Ti样品.利用激光辐照V产生的热发射线泵浦Ti的荧光,并采用高效高分辨的晶体谱仪诊断样品的X射线荧光光谱.实验结果显示,2倍固体密度Ti样品荧光谱线K_(β)与K_(α)的能量差(△EK_(β)-K_(α))相对于冷样品红移约2 eV.理论上采用两种方法进行计算并与实验结果比较,其中有限温度相对论密度泛函方法高估了密度效应对谱线移动的影响,而“two-step Hartree-Fock-Slater”方法低估了密度效应的影响.

关键词：温稠密物质电子结构密度效应 X射线荧光光谱

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基于残差神经网络的激光转塔气动光学效应快速预测

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计算物理 2025年第2期42卷 160-170页

作者：陈周纬宇任翔张飞舟名谷同祥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

采用残差神经网络对来流Ma∞在0.3~0.8范围内球柱型激光转塔模型的稳态流场开展机器学习,建立此范围内任意来流条件下的亚声速/跨声速流场预测,并针对不同视场角下的光束波前畸变评估此模型的预估精度。学习模型可再现转塔流动中的边界... 详细信息

采用残差神经网络对来流Ma∞在0.3~0.8范围内球柱型激光转塔模型的稳态流场开展机器学习,建立此范围内任意来流条件下的亚声速/跨声速流场预测,并针对不同视场角下的光束波前畸变评估此模型的预估精度。学习模型可再现转塔流动中的边界层、流动分离以及分离剪切层等流动特征,尤其包括跨声速流动中的非锚定激波间断现象。基于预测流场计算的不同视场角下的波前分布与根据传统计算流体力学(CFD)模拟流场的结果基本一致。该机器学习方法为工程领域中激光转塔气动光学效应自适应校正提供了策略。

关键词：激光转塔气动光学效应跨声速流动机器学习残差神经网络

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颠覆性技术多元投入机制研究

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中国科学院院刊 2024年第5期39卷 917-932页

作者：展咪咪彭现科曹晓阳胡晓棉中国工程科技创新战略研究院北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

颠覆性技术是推动人类发展和产业变革的关键力量,世界各国都高度重视,纷纷进行相关战略规划和部署,期望占领技术创新的制高点。作为资源集聚的有效方式,颠覆性技术多元投入机制的构建逐渐上升为国家的战略需求,相关研究也日益得到国家... 详细信息

颠覆性技术是推动人类发展和产业变革的关键力量,世界各国都高度重视,纷纷进行相关战略规划和部署,期望占领技术创新的制高点。作为资源集聚的有效方式,颠覆性技术多元投入机制的构建逐渐上升为国家的战略需求,相关研究也日益得到国家的重视。文章首次以创新过程视角开展颠覆性技术多元投入机制研究。从创新理论出发,深入创新过程,系统分析了技术成长特性,明确了颠覆性技术多元投入机制内涵,并以案例研究为支撑,解析投入实践,总结投入模式,链接创新机理,实现了从创新机理到创新实践的颠覆性技术多元投入机制的系统构建。

关键词：颠覆性技术颠覆性创新多元投入机制

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面向电大多尺度模型的大规模并行对称半正定亚网格FDTD算法

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北京理工大学学报 2023年第6期43卷 649-656页

作者：陈晓洁鲍献丰李瀚宇张爱清周海京中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

针对计算电磁学算法应用于实际工程问题时面临的计算模型电大尺寸多尺度瓶颈,基于自研的高性能并行计算框架JASMIN,通过提出融合h-自适应时间积分算法流程的对称半正定亚网格FDTD算法流程,实现了具备大规模并行能力的亚网格时域有限差分... 详细信息

针对计算电磁学算法应用于实际工程问题时面临的计算模型电大尺寸多尺度瓶颈,基于自研的高性能并行计算框架JASMIN,通过提出融合h-自适应时间积分算法流程的对称半正定亚网格FDTD算法流程,实现了具备大规模并行能力的亚网格时域有限差分(FDTD)算法.该算法保留了FDTD算法高并行可扩展性优势,同时可局部使用细化网格剖分电大尺寸模型精细结构部位,支持粗网格区域和细网格区域分别采用大时间步长和小时间步长进行迭代计算.算例表明,该方法在解决电大多尺度电磁模拟问题时,具有较强的并行可扩展性,同时能够保证数值计算结果的精度和稳定性,与传统的FDTD算法相比,可显著降低内存需求,提高计算效率.

关键词：电大多尺度模型对称半正定亚网格FDTD算法大规模并行

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基于蒙特卡罗程序JMCT模拟计算堆芯物理基准题VERA

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原子能科学技术 2023年第6期57卷 1131-1139页

作者：刘鹏史敦福李瑞付元光邓力中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

JMCT是基于蒙特卡罗方法的中子输运程序,具有几何建模精细、截面数据准确、物理过程真实等特点,计算结果具有更高的精度。通过开发临界硼浓度搜索、输运-热工-燃耗耦合功能模块,使JMCT具备了堆芯物理计算功能。本文利用JMCT程序对CASL... 详细信息

JMCT是基于蒙特卡罗方法的中子输运程序,具有几何建模精细、截面数据准确、物理过程真实等特点,计算结果具有更高的精度。通过开发临界硼浓度搜索、输运-热工-燃耗耦合功能模块,使JMCT具备了堆芯物理计算功能。本文利用JMCT程序对CASL项目提出的堆芯物理基准题库VERA进行模拟,获得了k_(eff)、控制棒价值、反应性系数等启动物理参数以及硼降曲线等堆芯运行参数。JMCT计算结果与蒙特卡罗程序KENO-Ⅵ以及MC21进行了对比,结果符合良好,证明了JMCT具有堆芯物理计算能力,并具有较高的精度。

关键词：蒙特卡罗 VERA 多物理耦合堆芯物理

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稠密等离子体焦点运动过程的理论和数值研究

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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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面向复杂装配体模型的两级并行曲面网格生成

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计算机工程 2024年第6期50卷 321-327页

作者：徐权冷珏琳刘田田郑澎中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 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计算机应用研究所四川绵阳621900

针对实际工程应用中的大规模数值模拟需求,面向复杂几何装配体模型,提出一种适配高性能计算机分布式共享存储体系的两级并行曲面网格生成方法。首先提取几何模型的关键特征,基于关键特征构建网格尺寸场并预估出每个几何实体内的网格规... 详细信息

针对实际工程应用中的大规模数值模拟需求,面向复杂几何装配体模型,提出一种适配高性能计算机分布式共享存储体系的两级并行曲面网格生成方法。首先提取几何模型的关键特征,基于关键特征构建网格尺寸场并预估出每个几何实体内的网格规模大小;然后基于模型几何实体的相邻关系和预估的网格规模建立模型实体间的邻接关系图,通过图剖分算法将几何模型分解为不同的子模型,将子模型分配到不同的进程内;最后在各进程内按照“点-线-面”的顺序依次并行生成点网格、线网格和面网格。在曲面网格并行生成中采取进程和线程混合的并行方式,不同子模型之间采用消息传递接口并行,同一个子模型的不同几何曲面之间采用OpenMP并行。通过三峡大坝模型对该方法进行验证,结果表明,通过分析算法的并行效率、通信最小化和负载平衡,该方法可以在数千处理器核上获得40%的并行效率,不同进程间的通信量较少,且可以获得良好的负载平衡。

关键词：曲面网格生成区域分解并行网格生成装配体模型图剖分

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