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2018年国家自然科学基金立项情况(系列报道之二)

2018-09-13

前情回顾:

2018年我院共有40项申报项目,其中11项喜获资助,中标率达27.5%(同期比较,2016年25%,2017年15.5%),马宇副教授同时获联合基金和面上项目资助,方晓副研究员也是同获青年基金和面上项目资助。院长王彪教授另有重点项目获得立项,资助额度达310万元。

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获资助项目简介(二)

负责人项目类别批准金额
方晓
面上项目66万
青年科学基金项目30万

我院方晓特聘副研究员获得国家自然科学基金资助的青年科学基金项目“在恒星演化能区对12C(12C,p)23Na反应截面的实验测量以及对恒星碳燃烧天体物理反应率的确定”。

核天体物理作为前沿交叉基础学科,研究内容涉及微观的核物理、粒子物理与宏观的天体物理、宇宙学等领域,主要是应用核物理的实验测量数据和核反应规律去研究恒星演化的机制、宇宙中元素的合成等复杂而重要的过程。恒星演化的能量来自于内部核心区域的热核反应(燃烧),超新星是恒星演化到晚期的一种极为壮观的爆发现象,其涉及到许多非常复杂的物理过程,从爆发机制到元素核合成、辐射转移以及激波物理。超新星爆发在天体物理中占有极其重要的地位,恒星的形成和演化、宇宙金属丰度以及星系演化都与其有关。2011年度诺贝尔物理学奖授予了天体物理领域的研究工作——“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”,获奖者应用Ia型超新星测距发现宇宙膨胀是加速的,从而证明了暗能量的存在。碳碳熔合(即碳燃烧)作为Ia型超新星的点火过程,对于它的深入研究为更深入的理解Ia型超新星的爆发机制具有重要意义。

方晓特聘副研究员同时获得国家自然科学基金资助面上项目“锦屏深地核天体物理实验关键反应测量的无窗喷射气体靶的研发”,申报领域为“粒子物理与核物理实验方法与技术”,研究内容与核天体物理紧密相关,项目的主要目标是为锦屏深地核天体物理实验平台(JUNA)建造无窗喷射气体靶,并对喷射气体靶相关的关键技术进行深入研究,以应用于核天体物理关键反应的直接测量。

锦屏深地核天体物理实验平台是国家自然科学基金重大项目“基于锦屏深地实验室的核天体物理关键科学问题研究”的重要组成部分。这是我国核物理领域获得批准的第一个重大基金项目,主要目标是,开展恒星平稳氦燃烧阶段关键的(α,γ)和(α,n)反应,以及恒星平稳氢燃烧阶段关键的(p,γ)和(p,α)反应的直接精确测量,为理解恒星演化和元素起源提供关键的测量数据,取得核天体物理领域的重要原创性研究成果,使我国的核天体物理研究跻身国际领先行列。本项目研发的无窗喷射气体靶是JUNA急需的关键技术,可以极大地提升JUNA实验测量的研究范围和精度。本项目将会为我国的无窗喷射气体靶技术提供技术积累和人才储备; 将来可以应用于其它大科学装置和更多的研究领域。例如,JUNA二期,中科院近代物理研究所在广东惠州的强流重离子加速器装置(HIAF),和未来的北京ISOL装置。

方晓特聘副研究员作为这两个项目的负责人,主要从事核物理、核天体物理与核探测器研发等方面的研究,在核科学方面具备良好的理论知识和实验技术。这两个项目将有力的提升我院核物理团队的科研水平和学术声誉。广东省是我国核电第一大省,核科学也发展迅速,已建成或在建大亚湾中微子实验室、中国散裂中子源、强流重离子加速器装置(HIAF)等重要的大科学装置,已成为我国核科学的重镇。

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获资助项目简介(三)

负责人项目类别批准金额
李万爱面上项目63万

应用高精度数值方法求解可压缩流动已经成为计算流体力学的热点研究问题。通过提高格式精度可以获得更小的数值耗散、更优秀的色散关系和大大增加计算效率,为先进的湍流模拟方法如大涡模拟提供数值工具。目前高精度CFD格式成为国际上研究的重要方向,国家《湍流结构的生成演化及作用机理重大研究计划》中也有一项为“发展高精度的数值计算方法”。这类方法不仅为研究湍流机理提供工具,而且在实现“阻力、热流和流动噪声的准确预测”中也同样需要。在复杂外形中,非结构混合网格成为区域剖分的一种合理方式,目前在该类网格下也发展了多种思路构造高精度方法。然而高效的隐式时间积分方案和高分辨率的激波捕捉仍然是该类方法广泛应用的一大难题。

本项目研究间断谱元法隐式时间积分实施方案和对间断的子网格式无波动捕捉策略。针对Newton-Krylov方法在高阶方法中占用内存大以至难以使用大网格量计算问题,本项目使用一种低内存占用的隐式时间积分方法。在p-multgrid求解每层过程中,对高阶格式采用显式三阶Runge-Kutta方法推进,对p0和p1格式采用Jacobian-Free预处理GMRES求解。项目提出一种投影式WENO限制器,采用WENO方法加权高阶多项式与经过L2投影构造的线性多项式。该限制器能够保持光滑区域的高精度,对弱激波进行子网格式间断捕捉,同时有效抑制强激波单元内自由度引起的数值振荡。投影式WENO限制器与网格自适应加密结合进一步提高强激波在间断附近分辨率。项目目标是要实现间断谱元法在复杂外形下高效率计算激波旋涡作用和多组分气体反应等复杂湍流流动。

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获资助项目简介(四)

负责人项目类别批准金额
章杰青年科学基金项目22万

章杰特聘副研究员的“基于复合时间积分的结构动力学数值算法研究”获得青年科学基金项目资助。计算机结合工程与科学数值计算方法已经广泛应用于工程结构的力学分析、设计和优化中。结构动力学问题的求解研究是计算力学领域的一个前沿基础课题,随着应用需求的增长、结构复杂性的增加以及非线性问题的凸显,发展稳定、可靠和高效的数值求解算法成为了迫切需求。本项目意图基于复合时间积分思想设计综合性能优异的结构动力学数值求解算法,并为复合时间积分算法的发展奠定理论基础。

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获资助项目简介(五)

负责人项目类别批准金额
朱允中青年科学基金项目25万

人工晶体是科研、工业、医疗领域的核心材料,广泛应用于激光、传感、核探测器件。但由于晶体生长过程中的固液界面波动问题,致使晶体积累大量缺陷,严重局限了高品质、大尺寸人工晶体的发展和应用。针对这一问题,晶体学和流体力学领域进行了长达半个世纪的“接力赛式”研究。

朱允中特聘副研究员在此项科研焦点中取得了突破性进展:率先提出利用界面相本征电动势对结晶和过冷现象的敏感响应特性,实现生长界面形貌、波动轨迹、温度起伏的原位探测。为理论解析熔体对流失稳机理提供了核心依据,不仅能解决大尺寸闪烁晶体的缺陷积累和开裂问题,也是研制极高品质激光晶体、缺陷可控半导体硅单晶等重大课题的有力保障。此项学术成果已在晶体领域期刊发表6篇论文,并获得10项发明专利。

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