第六届先进光源中子源科学数据与软件研讨会

HEPS是第四代高能同步辐射光源，计划于2026年6月正式投入运行。凭借高亮度和先进的探测技术，HEPS一期14条光束线预计每年将产生超过200 PB的实验数据。这些数据涵盖成像、衍散射和谱学等多种实验方法，在数据量、吞吐率和处理复杂性上差异巨大，为大规模科学数据处理带来了严峻挑战。
为应对这些挑战，我们开发了通用科学数据处理框架DAISY（Data Analysis Integrated Software...

随着同步辐射生物小角散射（BioSAXS）实验向高通量、自动化与智能化方向发展，科学数据处理与计算分析面临新的挑战与机遇。依托上海同步辐射光源建成的国家蛋白质科学研究（上海）设施BioSAXS线站BL19U2，构建了覆盖样品信息管理、自动采集、在线处理、结构分析与结果输出的一体化数据处理平台，实现了SEC-SAXS、时间分辨SAXS等实验模式下的数据自动化流转与实时反馈。平台集成背景扣除、Guinier分析、距离分布函数反演、三维模型重构及多尺度模型拟合等算法模块，支持高通量结构表征与标准化报告生成。同时，围绕核酸递送系统、脂质纳米颗粒及蛋白复合物等应用场景，建立实验-结构-功能关联数据库，探索基于大模型与智能体的实验推荐、异常识别及构效关系预测框架。相关工作为先进光源科学数据治理、AI赋能科学计算及大科学装置智能化运行提供了实践基础。

第四代同步辐射光源的问世将催生海量高维角分辨光电子能谱数据，使得手动提取能带色散关系成为电子结构分析中的主要瓶颈。尽管深度学习技术为实现自动化提供了可能，但其“黑箱”特性及对大规模标记训练数据的严重依赖，往往限制了其在数据稀缺场景下的可解释性与适用性。为此，本文提出一种基于马尔可夫随机场（MRF）的鲁棒且可扩展的物理信息融合框架，用于电子能带结构的自动化重构。该方法通过衔接理想密度泛函理论（DFT）先验知识与含噪实验观测，构建了一条兼顾物理一致性与计算效率的多阶段处理流程。核心方法学创新包括：1）双路径校准模块，利用二阶导数谱图实现精确的动量对齐与自动化的能量偏移优化，确保了理论与实验的稳健耦合；2）基于k-d树的正则化策略，有效抑制实验噪声并消除了传统图像处理中常见的边界伪影。我们在Kagome金属RbTi₃Bi₅及Au(111)表面上验证了该框架。结果表明，该模型能从复杂的光谱中...

全散射包含反映平均结构信息的Bragg散射与反映无序结构信息的弥散散射，是研究结构无序的重要实验表征手段。然而，弥散散射信号通常较为微弱，有时与噪音很难直接区分，使得相关实验的精准测量与数据的合理分析解读充满挑战。本报告将详细介绍全散射实验，数据处理与分析的流程与特点，突出精准合理的全散射研究在材料结构与性能构效关系中的重要作用。

传统的层状锂离子电池正极材料（如NMC）高度依赖钴、镍等关键原材料以维持其电化学性能。相比之下，阳离子无序岩盐（DRX）正极材料不依赖于特定元素稳定结构，因此可完全使用低成本、地壳丰度高的过渡金属来降低成本。同时，富锂DRX中可以得到较高的理论容量和能量密度。尽管DRX材料缺乏长程周期性，但其内部仍存在短程有序（SRO）或中程有序（MRO）。由于锂离子的渗流路径高度依赖于局域富锂0-TM通道的统计分布，因此这些局域结构特征对材料的电化学性能起着决定性作用。 本报告将阐述一种综合策略，多尺度调控结构有序性，显著来调节局域环境。在短程尺度上，我们引入特定的阳离子掺杂剂量[1]，并通过合成过程中的热力学控制，优化SRO，从而优化锂离子输运网络[2]。在中程尺度上，通过机械化学法合成了部分无序的尖晶石类结构（相），并实现了对“有序-无序”程度的连续调控[3]。通过调控无序度，...

结合了衍射与对分布函数的中子全散射技术，是获取材料多尺度结构信息（如短程有序、非晶态、纳米晶、界面等）的关键表征手段。近年来，随着中子源与谱仪技术的进步，数据处理策略也在不断演进，显著提升了全散射方法结构解析能力与适用范围。本研究系统梳理了中子全散射当前主流数据分析策略，基于中国散裂中子源多物理谱仪（CSNS-MPI）的实践经验，给出其数据预处理与归一化流程，继而阐述了结构建模的正向拟合方法及其在晶体、非晶材料等领域的广泛应用。最后，讨论了近年来新兴的机器学习在加速拟合及实现高通量对分布函数解析中展现出的巨大潜力。

微区衍射基于同步辐射的微聚焦光源，通过结合扫描模式及原位实验环境，可以实现对样品的高空间分辨和高时间分辨表征，从而解析材料的结构-性能关系。目前国内外的新一代同步辐射光源都建有专门的微区衍射线站。但是微区衍射技术的高空间分辨在提供更加精细的结构信息同时，也造成数据洪流问题。目前在四代同步辐射光源的微区衍射实验数据量可以轻易达到TB级别。此外，针对特殊材料，如块状合金或薄膜样品，需要引入专门衍射模式，这也造成数据分析难度的大幅提升。因此，本报告将讨论微区衍射的数据解析，包括数据清洗，预处理及可视化，同时对比传统的衍射数据分析方法与基于机器学习辅助的分析方法，并展望人工智能在微区衍射技术上的应用。

人工智能快速发展的当下，各类分析软件正经历从以数理公式为基础的传统计算模式，向以模型与数据集为核心的训练分析模式的转变。生物大分子结构分析软件同样面临这一转型。本报告将回顾本团队过去几年在该领域的研究工作，探索一条适应未来发展趋势的研究道路。

金属及合金材料被广泛用于核能领域，核材料的微观结构演化对核反应堆安全运行至关重要。原子尺度点缺陷广泛存在于金属材料中，如单空位、空位团、空位-溶质复合体与溶质团簇等，此类结构往往是材料纳米-微米尺度微观结构演化的起点。正电子湮没谱学（PAS）被广泛用于研究材料的原子尺度结构，利用理论模拟与实验相结合的分析探测手段，实现缺陷尺寸和浓度更精确的定量分析，对全面理解缺陷演化规律具有重要意义。通过建立标准化数据存储，实现正电子科学的发展和推广。

复杂体系的微观作用机制是材料、能源、医学等领域的核心挑战，单一的实验或计算手段往往难以同时实现宏观性能与微观机制的精准关联。大科学装置同步辐射技术可实现原子级的高精度结构表征，但对实验现象背后的作用机制的深度解析仍需理论计算的支撑；理论计算的预测结果也急需大科学装置的验证，以确保其可靠性与实际意义。
针对这一问题，我们建立了密度泛函理论（DFT）量化计算与分子动力学（MD）模拟协同上海光源同步辐射实验的研究范式，在储能、核医学、海水提铀等多个前沿领域开展了系列研究：一方面，我们通过 DFT 计算与MD模拟，解析了同步辐射...

“超瞬态实验装置”（Ultrafast Transient Experimental Facility，UTEF）是结合光子探针和电子探针实现超高空间分辨率、能量分辨、超快时间分辨率的重大科技基础设施。它由两大类核心部分构成：一是提供高通量同步辐射光的超瞬态同步辐射光源，二是超瞬态电子显微镜集群。其一期建设的直线加速器、0.5GeV低能储存环和角分辨光电子能谱线站，实验数据需要得到存储、共享，并能够进行准确实时的处理与分析。科学数据处理平台包括基础设施、网络、计算、存储、科学软件等系统。该平台将为UTEF设施、科研人员、工程技术人员以及用户提供包括设数据传输、数据存储、数据分析、数据共享、科研协同等在内的网络、计算、存储等基础设施能力，以及提供科学软件、通用软件和网络信息安全服务等。

同步辐射真空紫外光电离质谱技术在燃烧、催化和大气化学等复杂反应体系研究中具有重要作用，可用于关键物种鉴别、反应中间体捕获和温度依赖反应机理分析。然而，相关实验通常产生大量能量扫描和温度扫描谱图，数据解析涉及定标、寻峰、积分、归一化和多物种判别等连续步骤，人工处理不仅效率较低，也不利于结果复现和跨实验比较。针对这一问题，本文发展了一套面向同步辐射光电离质谱实验的数据处理与 PICS...

High Energy Photon Source（HEPS，高能同步辐射光源）位于北京，是一座面向多学科科学创新与高技术发展的先进公共科研设施。HEPS 计划于 2026 年建成并投入运行。该装置将提供具有高能量、高亮度和高相干性的同步辐射光，其空间分辨率、时间分辨率和能量分辨率分别可达到纳米、皮秒和毫电子伏特量级，使其成为世界上最亮的第四代同步辐射光源之一。

在运行过程中，HEPS 将产生海量、异构且具有高度时效性的实验数据，这对计算资源调度、数据处理效率以及分析环境的灵活性提出了巨大挑战。为应对实验数据类型多样化、分析流程异构化以及用户计算需求动态变化等问题，本工作融合多种数据分析场景，构建了一套面向 HEPS...

中子成像凭借对轻元素高灵敏、强穿透及无损表征等独特优势，已成为材料科学、新能源、工程装备等领域不可或缺的先进表征手段。依托中国散裂中子源能量分辨中子成像谱仪（ERNI），近年来围绕传统中子照相、中子 CT、中子与 X 射线双模态 CT、中子光栅干涉仪成像及中子布拉格边成像等多维成像技术开展系统性研究与应用探索。其中，中子照相与中子 CT 可实现样品内部缺陷、孔洞及氢分布等结构信息的高分辨可视化；中子光栅干涉仪成像具备相衬与散射衬度成像能力，可用于磁畴结构观测、叶片残芯无损检测等场景；中子与 X 射线双模态 CT 融合二者优势，能够协同获取样品内部完整结构与组分分布信息；中子布拉格边成像基于能量分辨与衍射效应，可精准表征材料内部晶体结构、物相分布及应力 / 应变场演化。报告将介绍成像技术原理、数据处理流程与典型应用成果，为中子成像技术在多学科前沿研究与工程检测中的推广应用提供方法支撑与实践参考。