一种典型的高性能计算：地球系统模拟

文章针对一种典型的高性能计算问题：地球系统模拟问题,简要回顾了地球系统模式发展的国际动态和国内现状,指出了中国在这方面存在的问题,分析了地球系统模式的国家需求,提出了中国地球系统模式发展的未来构想,介绍了地球系统模式中与高性能计算密切相关的关键科学问题和技术问题.通过介绍,作者希望有更多其他领域的科技工作者了解地球系统模式,并参与地球系统模式的发展;同时也希望文章能为中国地球系统模式的发展提供一些有益的帮助和参考.     

基于相对论修正的超快电子枪偏转扫描系统的理论研究

对工作于扫描状态下的飞秒电子衍射系统电子枪偏转量的计算方法作了理论研究,讨论了超快电子脉冲的测量方法,比较了相对论效应对电子束的偏转量及对电子束脉冲宽度的计算结果的影响,并做了相应的数值计算。计算结果显示,在忽略了电场的边缘效应等因素后,电子束轴向速度的相对论修正与否对偏转距离和电子束脉冲宽度的影响分别达到61.4 mm和65 fs。研究结果对超快电子枪偏转扫描系统的设计、对超短电子脉冲宽度的测量方法,尤其是对超短电子脉冲宽度的测量过程中的同步实验具有一定的指导意义。     

中子发生器束流传输光学系统研究及模拟计算

束流传输系统是中子发生器研制、调试和技改等工作顺利进行的重要依据。为此开展了中子发生器束流传输系统研究工作,阐述了传输系统光学特性和组成。以ns-200中子发生器为代表实例,详尽地分析了传输系统的组成和各光学透镜的特性。根据LEADS软件要求,生成该器束流传输系统数据输入卡,调用软件相应各光学元件计算模块,进行了模拟计算,给出了束流传输包络图。束流传输模拟计算结果与原设计要求基本一致。     

KBA X射线显微镜装调方法研究

KBA X射线显微镜为非共轴、掠入射软X射线成像系统,集光立体角很小,像质又要求非常高,这使得四个反射镜的安装位置要求相当严格。通常的位置或角度计量工具,在激光聚变靶室内空间受限的条件下,很难达到这么高的精度。因此为了保证KBA的成像质量,采用精度4″的测角仪使双反射镜的夹角误差小于20″。掠入射角对成像质量影响很大,为了使掠入射角小于10″,用自己设计的光路系统保证了掠入射角的精度要求。KBA X射线显微镜系统的主镜的孔径角4×10－6 sr,无法实现锐聚焦。因此设计了一个辅助物镜代替它的主镜以实现锐聚焦。在某大型激光装置上进行的惯性约束聚变诊断实验中,运用这些方法所装调的KBA X射线显微镜获得了靶标(周期20 μm,线宽6 μm的无金膜镍网格)的清晰图像。     

超高压氦增压系统研制

主要介绍了超高压氦增压系统的工作原理、设计原则和加工方法,讨论了各功能部件的选择与高压密封设计,同时指出了在使用超高压氦增压系统时应当注意的问题。在系统建成后,通过手动、自动控制分步增压和保压实现了最高300 MPa的超高压氦气输出,相应的高压漏率达到(3.5～5.0)×10-7 Pa·m3/s。对系统主要性能参数进行了考核,并将其与3种同类增压装置的相应参数进行了比较,结果表明该系统设计合理、性能优越并且安全可靠。该系统将主要应用于惯性约束微球靶充氘氚系统的各项性能测试。     

红外激光对可见光成像系统的硬损伤

采用波长为1 315 nm的连续波化学氧碘激光对某型摄像机进行了辐照实验,研究了可见光CCD成像系统在响应波段外红外激光辐照下的硬损伤效应。开展了光学系统变光圈尺寸下的激光辐照实验,发现当辐照水平一定的情况下,光圈尺寸越小,光学系统越难发生硬损伤,并解释了该现象的成因;测量到光圈尺寸最大、最小两种状态下的光学系统硬损伤功率阈值分别为几十W、几百W;得到CCD的激光损伤阈值为5.5×104 W/cm2;结合相机输出的视频图像与显微镜拍到的被损感光器件实物照片分析了硬损伤机理。     

哈密顿系统正则变换在时变最优控制中的应用

利用哈密顿系统正则变换和生成函数理论求解线性时变最优控制问题,构造了新的最优控制律形式并提出了控制增益计算的保结构算法. 利用生成函数求解最优控制导出的哈密顿系统两端边值问题,并构造线性时变系统的最优控制律,由第2类生成函数所构造的最优控制律避免了末端时刻出现无穷大反馈增益. 控制系统设计中需求解生成函数满足的时变矩阵微分方程组. 根据生成函数与哈密顿系统状态转移矩阵之间的关系,从正则变换的辛矩阵描述出发,导出了求解这组微分方程组的保结构递推算法.为了保持递推计算中的辛矩阵结构,哈密顿系统状态转移矩阵的计算中利用了Magnus级数.      

脉冲电场屏蔽效能测试系统及测试方法

自主研制了一套小型脉冲电场屏蔽效能测试系统,该系统由脉冲电场发射设备和脉冲电场测试设备构成。脉冲电场发射设备的天线口面前60 cm处可产生峰值达7.5 kV/m的脉冲电场,测试设备的动态测试范围达97 dB。系统采用光纤测量设备,在测量工作中能有效抑制强电磁场干扰。采用Matlab编写自动测量及数据处理程序,实现了数据采集与处理自动化。实验测量了金属桥架、控制柜、屏蔽帐篷、导电水泥混凝土房的脉冲电场屏蔽效能,其脉冲电场峰值衰减量分别为52,64,66,30 dB。实验表明可用脉冲电场的峰值衰减量来评估屏蔽体的脉冲电场屏蔽效能。