NeuDATool：支持GPU硬件加速和计算机集群跨节点并行的开源中子散射数据分析软件

实验势精修是20世纪80年代英国散裂中子源无定型材料组开发的用于分析中子散射实验数据的软件. 实验势精修的目标是根据中子散射数据重建样品的三维原子结构. 在过去的几十年,实验势精修被广泛用于中子散射实验数据分析,为实验用户提供了可靠的分析结果. 但是实验势精修是基于共享内存并行计算(OpenMP)的Fortran程序,不支持计算机服务器集群跨节点并行加速和GPU加速;这限制了它的分析速度. 随着计算机服务器集群的广泛建设和GPU加速技术的普遍使用,有必要重新编写EPSR程序以提高运算速度. 本文使用面向对象的C++语言,开发了一套实现EPSR算法的开源软件包NeuDATool;软件通过MPI和CUDA C实现了计算机集群跨节点并行和GPU加速. 使用液态水和玻璃态二氧化硅的中子散射实验数据对软件进行了测试. 测试显示软件可以正确重建出样品的三维原子结构;并且模拟体系达到10万原子以上时,使用GPU加速可以比串行的CPU算法提高400倍以上的模拟速度. NeuDATool为中子实验用户尤其是对熟悉C++编程并希望定义特殊分析算法的实验科学家提供了一种新的选择.     

基于粒子滤波和人工势场法的放射源搜寻方法

针对放射源搜寻过程中难度大、定位精度低等问题,提出了一种适用于移动机器人的自主寻源方法。该方法利用移动机器人搭载辐射探测器采集的剂量计数值,根据γ射线的衰减规律建立辐射衰减模型;在机器人前进的过程中利用粒子滤波算法对放射源的参数进行实时估计;采用高斯分布函数对重采样后的粒子进行自适应更新,保证重采样后的粒子具有多样性;根据辐射环境创建机器人路径规划模型,采用人工势场法规划机器人的自主寻源路径。实验在Matlab下进行了仿真验证,结果表明,该方法在有遮挡环境下能够搜寻到未知的单点源,同时自适应更新能够提高算法的稳定性,缩小寻源误差。     

甲硫醛单分子热分解反应

采用不对称Ｅｃｋａｒｔ势模拟了甲硫醛单分子反应体系，计算了各反应条件下反应速率常数及活化能，所得结果与甲醛结果作了比较。     

二氧化钚分子的多体展式势能函数

从导出基态PuO2分子的电子状态X5Σ g正确地判断其离解极限出发,采用MP2方法,应用相对论有效原子实模型(RECP)优化出PuO2(X5Σ g)分子稳定构型为线性OPuO(D∞h),其平衡核间距Re=0.18004nm.同时也计算出振动频率,并优化出存在亚稳态的Pu-O-O(C∞v)构型.使用多体项展式理论方法,导出了基态PuO2分子的分析势能函数.该势能表面准确地再现了O-Pu-O(D∞h)平衡结构和亚稳态的Pu-O-O(C∞v)构型.然后根据势能函数等值图讨论了O(3Pg) PuO反应的势能面静态特征.     

电极电势:从电化学势说起*

对于原电池,电极电势的本质是化学体系对电极材料上电子势能的影响,其正负极电势差反映化学能向电能转化的趋势。电极界面上化学物质的氧化/还原反应是通过何种途径影响到电极上电子势能的,现有的教材和论著没有给出明确的解释。本文基于相间电化学势平衡原则阐明了固液界面上离子平衡与电极上电子电势的关系,并由此给出了标准电势的物理含义:它是构成电极体系一系列物性参数的组合,包括被测电极的电子、离子化学势,工作电极电解液的离子化学势,参比电极的电子、离子化学势和参比电极电解液的离子化学势等。     

受限混合物溶剂中胶粒的耗尽势及吸附稳定性

基于密度泛函理论和Yvon-Born-Green方程得到了胶粒耗尽势的表达式.采用密度泛函理论计算了单壁附近和平行狭缝中的混合物溶剂中胶粒的耗尽势及其在单壁处的吸附稳定性.研究结果表明,不同溶剂组分的体积分数和粒子尺寸比等因素对胶粒耗尽势的强度、力程和周期均可产生显著影响,胶粒在单壁附近的吸附稳定性与溶剂粒子尺寸比和体积分数密切相关.此外,对受限于平行狭缝的胶体悬浮液,胶粒的耗尽势阱还可随粒子尺寸比和缝宽呈振荡趋势变化.     

全氟代金刚烷及其自由基的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法:BHLYP、B3LYP、BP86、BLYP,在全电子的双ζ基组加极化函数和弥散函数(DZP＋)基组下,计算了全氟代金刚烷(C10F16)及其自由基(C10F15)的总能量、优化几何构型、电子亲和势和谐振频率.在B3LYP水平上所得到的可靠绝热电子亲和势(EAad)分别为: C10F16, 1.06 eV; C10F15, 4.11和 3.03 eV.     

贵金属Au冷却过程中结构及能量变化的分子动力学计算机模拟

通过分子动力学方法,研究了不同冷速下贵金属Au在温度2000～300K的冷却过程中微观结构的变化特点。结果发现,冷却速度对Au的微观结构产生重要影响。采用偶关联函数和键对分析技术对原子局域团簇结构进行分析,并考察了冷却过程中原子势能随温度的变化,比较了Au的微观结构转变与能量变化的对应关系,从能量转化的角度对冷却过程中Au的结构变化进行了说明。     

9-苯基芴-4-三苯胺电致发光材料的光电性质

采用HF方法和DFT/B3LYP方法对一种新型的含芴三苯胺,即9-苯基芴-4-三苯胺有机化合物进行了基态结构全优化,CIS方法获得分子最低激发态结构,并采用TD-DFT方法计算分子的吸收光谱和发射光谱.计算结果表明,该分子从基态到激发态的跃迁,几何结构变化主要表现在分子中心三苯胺中苯环和N原子之间的二面角上,吸收及发射光谱的计算结果与实验值一致,吸收光谱为324.52nm,发射光谱为379.01nm,荧光寿命较长,为60.6637ns,是优良的典型蓝色有机电致发光材料.     

势问题的重构核粒子边界无单元法

将重构核粒子法和势问题的边界积分方程方法结合,提出了势问题的重构核粒子边界无单元法. 推导了势问题的重构核粒子边界无单元法的公式,研究其数值积分方案,建立了重构核粒子边界无单元法的离散化边界积分方程,并推导了重构核粒子边界无单元法的内点位势的积分公式. 重构核粒子法形成的形函数具有重构核函数的光滑性,且能再现多项式在插值点的精确值,所以该方法具有更高的精度. 最后给出了数值算例,验证了所提方法的有效性和正确性. }