第一届高能物理计算用户研讨会

我国同步辐射硬设施建设的水平、数量均跻身世界前列，但分析破解海量、多模态实验数据的软设施建设却发展严重滞后，直接阻碍了重大科学突破的发现与产出。报告人通过多尺度模拟、数字孪生、人工智能的技术融合，构建了同步辐射“智慧终端”多维解析计算系统，实现多种重要材料的结构及性能的精准解析，推动了包括新型纳米药物和功能新材料的性能提升研究。

摘要：新一代同步辐射装置所开展的实验向高通量、多模态、超快频率、原位及动态加载的形式转变，成为科学数据最大的产生地之一，亟需打造新一代的实验控制、数据采集、实时数据解析与大数据管理的科学软件体系来面对数据通量爆发性增长的挑战。目前，团队正积极推动“大型科学软件框架+AI for Science”科研范式，在国内率先打造了新一代同步辐射实验操控软件框架（Mamba）与应用软件生态系统，并大力发展面向光源各物理方法学的人工智能与先进图像处理技术，旨在让数据在第一时间发挥科学价值，提升我国新一代同步辐射光源装置科学实验的自动化与智能化水平。本次汇报将以衍散射、谱学与成像等实验方法的自动化软件研制为例，探讨人工智能大模型与光源统一性数据采集软件及大数据流中枢系统的融合机制。

中子源的发展本质上是一个通量提升的过程。为拓展更多应用，中子散射实验也随之越来越复杂，直接导致了基于确定论计算方法的使用不便和收敛困难。与此同时，基于概率论的计算方法从上世纪七十年代后开始蓬勃发展，并且在英国散裂中子源的设计优化中启到了支柱性作用。直到二十一世纪初，欧洲七个中子源一起定义了“中子散射虚拟实验”的概念，认为新一代的计算方法可以得到与真实实验一致的原始数据，并会在不久的未来得到广泛的常规性应用。然而该方法的普及并未如期而至，而是出现了多个“虚拟实验”的简化版概念。本报告将从科学软件开发者的角度讨论原始目标的难点，并介绍领域内的新发展。

2023年7月，中国散裂中子源（CSNS）的能量分辨中子成像谱仪（ERNI）成功通过技术值班测试和验收。其性能参数包括：最佳波长分辨率优于0.4％，波长范围从0.03到18Å，中子成像视场可以达到20厘米×20厘米，样品位置处的通量可以达到10^7n/s/cm^2。在中国，ERNI是第一个也是唯一基于脉冲中子源的成像装置，并同时建设了中子成像与中子衍射技术。与X射线成像相比，中子成像具有深度穿透和对轻元素的敏感性的优势。可以无损检测材料和组件内部数厘米深处的结构信息。目前，基于ERNI发展了多种成像方法，包括利用中子二维和三维成像可以提供有关样品内部缺陷、孔洞和裂纹的结构信息；基于飞行时间（TOF）的布拉格边中子成像可获得材料内部晶体结构、磁性结构以及应力和应变的空间分布；中子光栅干涉仪成像可以分离样品的吸收、折射和散射信息，用于磁畴的可视化研究等。