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2018年国家自然科学基金立项情况(系列报道之三)

2018-09-29

前情回顾:

2018年我院共申报40项国家自然科学基金项目,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%),马宇副教授同时获得联合基金和面上项目资助,方晓副研究员同时获得青年基金和面上项目资助。学院院长王彪教授的国家自然基金重点项目获得立项,资助额度达310万元。

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获资助项目简介(六)

负责人项目类别批准金额
马宇面上项目60万
联合基金项目62万

马宇,现任我院副教授,博士生导师,专业方向为核反应堆物理分析及反应堆物理-热工耦合、微纳尺度流动控制及传热,获得国家自然科学基金资助面上项目“基于格子Boltzmann方法和本征正交分解降阶的反应堆中子输运-扩散跨尺度自适应高效计算”。

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反应堆堆芯是现代工业体系里科技含量最高、结构最复杂的部件之一,由数以万计的燃料元件、控制棒、毒物棒等基本单元组成,从毫米量级的燃料棒单元,到米量级的堆芯整体,反应堆堆芯具有典型的几何多尺度特点。解决反应堆物理关键问题的基础在于对堆芯内中子分布变化规律的准确计算,其核心是堆芯内中子分布在7维相空间内的变化规律研究。从反应堆物理数值计算角度讲,堆芯的多尺度特性,可以直接从反应堆内中子物理过程的控制方程上体现出来。中子输运方程和中子扩散方程是描述核反应堆内中子物理过程的主要控制方程,分别对应堆芯内小尺度和大尺度的中子物理过程。中子输运方程虽然可以准确描述堆芯内中子物理过程,但因其复杂的微分-积分方程形式和多自变量特点,导致其数值求解难度很大,且非常耗费计算资源,严格的中子输运方程数值求解难以满足核工程高效计算的需求。因此,中子扩散方程经常被用来描述整个堆芯尺度下的中子物理行为,但受限于其物理本质,中子扩散方程对堆芯内小尺度栅元结构、强吸收介质、材料交界面附近等情况下的中子物理过程计算误差较大。

综上,目前核反应堆工程领域堆芯中子物理计算研究的主要矛盾是数值计算的准确性可靠性与高效性快速性间的矛盾。从反应堆安全运行和核燃料高效利用的理论角度,希望堆芯中子物理计算尽量准确;而从反应堆结构设计、系统控制、仿真、事故预测分析及应急指挥等工程应用角度,希望堆芯中子物理计算尽量快速高效。针对这一矛盾,本项目提出建立堆芯中子输运空间-角度自适应离散计算和中子输运-扩散跨尺度自适应计算的统一格子Boltzmann方法(LBM),实现堆芯中子物理过程的准确高效模拟;在此基础上,发展适于堆芯物理过程的降阶研究方法,对堆芯中子物理问题有效降阶,实现堆芯跨尺度中子物理过程的快速准确计算。

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同时,马宇副教授的“平板微流道流场-热-光耦合机理研究”还获得了NSAF联合基金项目资助。

固态激光器具有光束质量好、寿命长、效率高、结构紧凑等优点,在工业、科研和国防等领域有重要的应用。激光器功率水平和光束质量的提高,主要依赖于高效的泵浦技术和热管理能力。要发展小型化高功率固体激光器,热管理能力仍然是主要技术瓶颈。直接液冷薄片固体激光器具有大的冷却表面积-体积比,是最可能同时实现高功率、高效率和高光束质量的激光器之一。

但激光器内的流动、传热和激光传输过程是复杂耦合的,特别是湍流的产生,直接破坏了激光器的工作机制;而多层薄片晶体和多个微通道间的耦合换热,更增加了激光增益系统多场耦合的复杂性。要合理设计微流道冷却结构,增加激光输出功率,有效消除激光波前畸变,必须对直接液冷固体激光器增益模块内流动、传热和激光传输间的相互影响关系有准确的认识,亟需系统研究其中的流场-热-光耦合机理,特别是复杂热边界条件下,微通道内湍流的形成、发展机制及其对冷却能力和激光畸变的影响规律。

本项目以直接液冷固体激光中流场、热场、像差的时间空间复杂变化过程为研究对象,以揭示直接液冷固体激光器增益模块中平板微流道流场、热场和光场之间的流-热-光耦合作用机理和光场特性的时空变化规律为目标,以薄片晶体构成的微通道内临界雷诺数研究和DNS数值建模为切入点,建立微通道内流-热-光耦合特性实验测量技术,提出耦合光-热条件的微通道流动DNS模拟方法,发展多物理场(流-热-光)和多参数(抽运方式、结构、物性、流速等)作用对冷却能力和光学畸变影响的分析方法,建立湍流-传热耦合过程对激光畸变的影响规律和机理,为大功率固体激光器发展提供理论依据。

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获资助项目简介(七)

负责人项目类别批准金额
滑伟青年科学基金项目26万

? ? 我院核物理和核反应团队滑伟老师获得国家自然科学青年基金项目,资助题目为“140质量区缺中子核同核异能态寿命测量”,项目主要参与人包括袁岑溪老师和祝龙老师。

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项目利用重离子加速器的束流轰击同位素靶,发生熔合蒸发反应,生成质量数在140附近的缺中子核,经充气反冲谱仪筛选出目标磁刚度的核素,最后在终端探测带电粒子-γ多重符合事件。离线处理过程中,根据设置符合时间窗,寻找同核异能态,并布居高激发态能级纲图。寻找并测量同核异能态是判定纲图正确性和研究高激发态能级的基础,对γ谱学实验研究至关重要。同时,能级寿命、约化跃迁几率、系统性分析和大规模壳模型计算研究同核异能态组态,是研究n-p相互作用能的重要途径,将为检验和修正原子核理论模型提供重要数据来源。

项目负责人滑伟,为我院预科阶段物理讲师,从事核结构实验方面的研究。与中科院近代物理研究所合作紧密,除本项目将会在近物所实验平台开展外,还申请到2018年度的重离子束流时间,用于论证α放射性核210,211Rn作为医用靶向治疗核素的可能性。

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获资助项目简介(八)

负责人项目类别批准金额
李华山青年科学基金项目25万

李华山,现任我院副教授,博士生导师。研究方向主要是通过多尺度模拟分析材料的光电响应、激发态弛豫、载流子输运与原子/介观尺度结构之内在联系,并运用该原理设计新型复杂材料以提高能量转换效率,最终实现具有应用前景的高性能电学与光学器件。

在电子/光电器件层面的创新是对电子信息、智能制造、能源管理、生物医药、深海/深空开发等关键领域进行长期布局的基石。二维材料承载了量子限域效应、量子隧穿效应、量子霍尔效应、自旋-能谷耦合、拓扑绝缘等独特物理现象。对二维材料深入的研究突破了块体材料性能的极限,成就了长期被硅基材料所主导的电子/光电器件在根本机制上的革新。李华山副教授拟对基于二维材料的高维复杂系统进行开放性的基础探索,通过原子尺度的模拟仿真,研究材料的结构与性能之内在联系,并基于底层物理模型预测材料的电学和光学性能,为新型器件的优化和设计提供参考依据和构想。

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