第一届高能物理计算用户研讨会

为了在国产超算上高效可移植地开展格点QCD数值计算工作，我们正在研发一套新软件框架，这个框架也可用于其他科学领域的计算工作。框架分五层，包含从编译前的自动代码生成到运行时的并发调度的整个工作流程。本报告将介绍目前的研发进展情况。

作为准静态近似的PIC并行模拟程序，QuickPIC自2006年诞生以来一直在等离子体尾场加速的研究领域发挥着重要作用。随着2017年QuickPIC成为首个开源的准静态近似PIC程序，它的功能还在不断的扩充，算法还在继续的优化。我们将介绍QuickPIC的基本算法及近期的相关算法优化工作，同时将着重介绍QuickPIC中有限差分Possion方程求解器的引入与应用。与此同时，我们还将介绍诞生于2020年的另一个准静态近似PIC程序QPAD。它是在QuickPIC的基础上引入了角向模式分解的方法，从而极大减少了对同一近对称物理问题进行模拟所需消耗的计算资源。

基于等离子体的新加速机制因其超高加速梯度而备受关注。激光驱动等离子体尾波加速器（LWFA）能够产生峰值流强高于10kA的飞秒级GeV电子束，是实现束流驱动等离子体尾波加速器（PWFA）的理想驱动束，且相对于传统加速器而言更容易获得。我们用FBPIC（Fourier-Bessel Particle-In-Cell）算法对上述LWFA驱动PWFA过程进行模拟，在LWFA阶段采用强激光入射均匀等离子体，形成空泡型非线性尾波场，实现电子自注入并加速至较高流强；激光耗尽后，电子束在空泡内自动前移至最前端成为PWFA的驱动束，束流头部电子加速束流尾部电子，实现LWFA-PWFA的自动转换。该方案采用不需要反射激光，避免了级间连接，在单级内实现混合加速。

PIC （particle-in-cell）是等离子体模拟程序所采用的一种主要方法，可以得到等离子体中各物理量随时间的变化规律。基于准静态近似的PIC$程序^{[1,2]}$QuickPIC可以高效模拟等离子体尾波加速问题，其运算速度与普通PIC程序相比提高了100到1000倍。我们借助CUDA...

光源储存环优化是一个复杂的多目标优化问题。需要同时实现尽可能低的发射度和足够大的动力学孔径和动量接受度。在非线性优化过程中，动力学孔径和动量接受度的评估耗时较长，且非线性优化难度大优化算法收敛较慢，这使得优化过程耗时较长。通过并行计算可以同时计算大量解的目标值，极大提高了储存环优化设计的效率。

LiCl-KCl-CsCl体系作为一种熔点较低的三元混合熔盐可应用于乏燃料干法后处理技术。以往研究发现，镧系元素在熔盐中的氧化还原电位与元素种态存在紧密关系，而不同种态镧系元素在熔盐中的配位化学目前还有待进一步探索。本工作结合第一性原理计算和机器学习方法，开展了大尺度的分子动力学模拟研究，系统地考察了在563-800K的温度范围内，当LaCl3的摩尔百分比为2.0%，5.8%以及10.9%时，La3+离子在LiCl-KCl-CsCl混合熔盐中的配位结构与种态分布，并研究了密度、粘度等宏观物理性质随着温度和LaCl3含量的变化趋势，上述研究可为相关实验工作提供了理论指导和依据。

Hosing不稳定性是等离子体尾波加速中降低加速效率的主要问题之一。在加速过程中，hosing不稳定性使束流和空泡中心之间的横向偏移呈指数形式的放大，在短时间内极大破坏束流和空泡的稳定性，导致无法实现长距离加速。因此需要更深入地了解hosing不稳定性的机制，以找到抑制方法。本工作研究了在恒定半径的离子通道中，受到电子束横向偏移的影响，通道中心对hosing不稳定性的响应。我们利用传统理论模型[Whittum, Phys. Rev. Lett. 67, 991 (1991)]，从理论上得到离子通道中心的振荡形式。同时从粒子模拟中观察通道中心的运动情况，并将理论预测的通道响应形式和模拟的结果进行对比。这有望从离子通道中心的振荡响应中寻找抑制束流的hosing不稳定性的新方法。该工作为进一步研究hosing不稳定性的机制提供了更加深刻的理解。