小粒子成就大世界 大装置驱动大未来——专访中国科学院高能物理研究所东莞研究部副主任金大鹏

作为国之重器,中国散裂中子源(CSNS,以下简称"散裂中子源")是广东乃至我国重要的战略科技力量,积极融入和支撑国家重大发展战略。一期工程建成以来,散裂中子源通过自主创新和集成创新,在加速器、靶站、谱仪方面取得了一系列重大技术成果,显著提升了我国在高功率散裂靶、探测器及电子学等领域的技术水平和自主创新能力,使我国在强流质子加速器和中子散射领域实现了重大跨越。为全面展现散裂中子源建设成效,近日,本刊记者前往中国科学院高能物理研究所东莞研究部专访了该部副主任金大鹏研究员,聆听关于散裂中子源的创新故事,感受大科学装置的大与美。

基于Rucio的高能物理网格数据管理的研究和应用

【目的】近年来,高能物理网格数据规模和用户需求产生重大变革,需要研究和应用新兴网格数据管理技术以应对需求变化。【方法】基于新型网格数据管理系统Rucio,利用其高伸缩性、模块化和可扩展性的软件特点,发挥其分布式数据恢复、自适应的数据复制的功能特性,为多个国内主导的国际合作实验设计了面向实验需求的网格数据管理解决方案。【结果】实现了分布式数据统一命名、数据增删改查等基础管理功能、多站点数据副本管理、原始数据分发管理、实验软件数据管理接口嵌入等多种功能,并先后进入了测试应用阶段。【结论】本研究为未来国内主导的国际合作的高能物理实验网格数据管理方案的设计和开发进行了探索和尝试,希望进一步在网格架构上开展深入研究,实现国内实验通用标准的网格数据管理方案。

中国科学院战略性先导科技专项项目管理研究——以“未来先进核裂变能-ADS嬗变系统”专项为例

"未来先进核裂变能-ADS嬗变系统"是中国科学院首批启动的A类战略性先导科技专项之一,具有战略性、基础性、前瞻性和先导性。先导专项涉及的系统多,难度大,挑战难度空前,不可预见的问题非常多,需跨单位合作完成。先导专项的特点决定了其管理工作具有较大的难度,做好先导专项管理工作需以进度管理、技术协调、经费管理工作为重点,信息宣传、合作交流等多方面协同工作。

高能物理研究所校园网格计算环境设计研究(英文)

自1996年VAX小型机退役后,已建立了几套PC-Farm系统,它们分别为不同的物理实验做数据分析所使用,运行不同的作业管理系统如NQS、PBS和Condor等.由于各个实验数据分析对计算系统使用的时间不同,致使整个系统的使用效率不高.为了使这些分立运行的系统发挥更好的效用,使用网格计算技术将这些分立的计算资源整合起来,形成一个计算能力更强大的计算系统,以便这些实验组能够在更大范围内对计算资源共享.给出了校园网格计算环境的硬件配置、体系结构等设计方案,以及各个组件的功能等.

中国高能物理研究的进展与国际合作——从第17届轻子光子相互作用国际会议(LP’95)谈起

本文概述了第17届轻子光子相互作用国际会议(LP’95)的盛况,简要介绍了近年中国高能物理研究取得的重要成果,充分说明了高能物理学界国际交流与合作的必要性和重要性。

出物业服务社会化新路——以中国科学院G所为例

中国科学院G所和许多大型科研院所一样长期存在“单位办社会”的情况,承担着家属区“三供一业”管理职责,多年来持续投入大量人力、物力、财力,一定程度上成为影响G所聚焦主责主业的包。随着市场经济的发展,广大职工对美好生活的需要日益增长,家属区物业服务社会化成为产权单位和部分业主的共识。

基于人工智能的高能物理大数据技术与应用

【目的】高能物理的科学目标是探索物质微观结构以及相互作用的基本原理,这些研究均依赖于超大规模的高能物理实验装置。由高能物理加速器技术衍生出来的同步辐射光源、自由电子激光、散裂中子源装置成为材料科学、生物医学、环境科学、地质学、物理、化学等学科领域的基础和应用研究的不可替代的工具。新一代高能物理实验装置的规模和复杂度得到巨大的提升,实验产生的数据量出现数量级的增长。人工智能和大数据技术逐步成为应对高能物理装置运行以及数据处理挑战的有效工具,并带来科研范式的变革。【方法】本文讨论了高能物理在大数据方面的挑战、国内外大数据与AI在高能物理领域的应用现状。文章介绍了国内高能物理大数据与AI的战略部署和相关研究,同时介绍了一些应用示范案例。【结论】文章最后对大数据与AI带来的科研范式变革进行了讨论。

纳米钨在高压下的物理力学行为与尺寸效应研究

探究尺寸效应对材料高压物性的影响规律有助于开发具有新颖或者改良特性的新材料。采用金刚石对顶砧结合同步辐射X射线衍射技术,研究了平均晶粒尺寸分别为30和65 nm的多晶钨粉在高压下的静态压缩行为。通过分析每个压力点下X射线衍射图谱的峰位和半高宽等,得到了纳米金属钨在高压下的晶胞体积、晶粒尺寸和微观应变等。通过拟合三阶Birch-Murnaghan方程,得到了30和65 nm钨的体弹模量,分别为257(7)GPa和343(8)GPa。结合前人的研究结果发现,当晶粒尺寸从微米降低至10 nm,钨的屈服强度逐渐增大,10 nm钨的屈服强度较微米晶样品的屈服强度提高了3.5倍;体弹模量呈现先增大后减小的趋势,30 nm钨的体弹模量较65 nm钨减小了25%。

高能物理大数据挑战与海量事例特征索引技术研究

新一代高能物理实验装置的建成与运行,产生了PB乃至EB量级的数据,这对数据采集、存储、传输与共享、分析与处理等数据管理技术提出了巨大挑战.事例是高能物理实验的基本数据单元,一次大型实验即可产生万亿级的事例.传统高能物理数据处理以ROOT文件为基本存储和处理单位,每个ROOT文件可以包含数千至数亿个事例.这种基于文件的处理方式虽然降低了高能物理数据管理系统的开发难度,但物理分析仅对极少量的稀有事例感兴趣,这导致了数据传输量大、I?O瓶颈以及数据处理效率低等问题.提出一种面向事例的高能物理数据管理方法,重点研究海量事例特征高效索引技术.在这种方法中,将物理学家感兴趣的事例的特征量抽取出来建立专门的索引,存储在NoSQL数据库中.为便于物理分析处理,事例的原始数据仍然存放在ROOT文件中.最后,通过系统验证和分析表明,基于事例特征索引进行事例筛选是可行的,优化后的HBase系统可以满足事例索引的需求.

高能同步辐射光源科学数据传输系统设计和实现

【目的】高能同步辐射光源HEPS(High Energy Photon Source)是我国第一台高能量同步辐射光源,预计2025年建成。HEPS建成后,首批投入使用的15条光束线站预计每天会产生200TB实验数据。为满足不同阶段对实验数据的读写需求,会对海量实验数据进行分级存储和长期备份。如何将这些数据在不同存储介质之间稳定和高效地传输是HEPS实验中需要解决的重要问题。【方法】HEPS科学数据传输系统设计了多源DAQ接口、任务调度、消息队列、集群传输、日志监控、配置管理和消息通知等功能模块。【结论】系统实现了海量数据在不同存储介质间的高效、可靠传输。【结果】系统现部署在北京同步辐射多个线站,用作HEPS数据传输的前期验证,运行稳定、效果良好,为科研人员和用户提供了良好的数据传输服务。

高能物理事例级数据管理与传输系统的研究

高能物理实验不断的进步与发展产生了PB乃至EB级的数据,这些数据的采集、存储、传输与共享、分析与管理都面临着极大的问题与挑战。为了应对这些挑战,设计和实现了面向事例的数据管理系统,有效解决事例数据处理效率低以及分站点资源利用率低的问题。设计了一个基于Nosql数据库的事例索引系统,通过事例数据特征抽取,选取物理学家最感兴趣的属性作为索引,存储在数据库中,并采用倒排索引技术,提高事例数据检索的效率。针对事例数据进行缓存优化,减少数据转化和存储开销。提出数据跨域传输方案,充分利用网络带宽,降低分站点处理数据的延迟。系统进行了相关验证,实验结果表明,事例级的索引技术能够显著提高事例数据的检索效率,数据传输系统的网络带宽也可以利用到百分之九十以上。

高能物理与相关学科数据库建设研究与实现

科学数据库是国内综合性最强的科学信息服务系统,高能物理与相关学科是科学数据库中不可分割的一部分。以高能天体物理和核分析两个典型的高能物理研究方向为例,研究高能物理学科数据库的建设。在分析数据特征的基础上,设计了数据库的具体结构,分析了数据处理流程;设计了以J2EE开放标准为基础架构,JAVA为主要开发工具的三层体系结构,实现了完整的用户应用系统;介绍了目前在高能物理学科数据库建设方面的进展现状。

高能物理网格数据管理关键技术研究

首先概要介绍高能物理网格的需求和发展,然后对其中数据管理的关键技术进行深入分析和探讨,包括名字服务、数据复制管理、数据传输、海量存储系统、用户访问接口等。最后,介绍一个用于高能物理网格数据管理的文件系统原型设计。

基于SDN的高能物理数据交换虚拟专用网研究

提出一种基于软件定义网络架构的大批量高能物理科学数据交换虚拟专用网思想,构建跨地域的高能物理实验合作单位之间SDN架构网络,设计数据传输智能路径选择算法,利用充足的IPv6链路资源服务于高能物理科学数据传输,解决大批量高能物理科学数据传输需求对现有网络带宽不足的压力,保障高能物理科学数据在合作单位之间高速、稳定、安全地传输。

国家高能物理科学数据中心分布式数据处理平台

【目的】本文对国家高能物理科学数据中心分布式数据平台进行系统全面介绍,为高能物理及相关领域大科学实验的数据处理提供参考。【方法】文章介绍了国家高能物理科学数据中心分布式数据处理平台的总体构成、运行模式和智能运维等方面的关键技术。通过分析高能物理实验数据处理的计算特点与实际需求,介绍了数据中心“一平台多中心”的数据处理平台建设思想,阐述了平台为高能物理实验提供的跨地域资源共享、高性能海量数据访问以及用户实时交互服务等技术方案设计与实现。【结果】文章列举了数据中心分布式数据处理平台对两个高能物理实验的支持实例,助力科学研究成果获取。【结论】国家高能物理科学数据中心分布式数据处理平台已经成为高能物理学科的重要基础设施和组成,是学科融合、开展新研究方法的主要场所,满足了粒子物理、理论物理、空间天文、射线学科、加速器设计等科研领域的数据处理需求。

数字环境下专业图书馆的业务重组和转型探讨——以中国科学院高能物理研究所图书馆为例

为了适应网络化数字环境,专业图书馆要在管理对象、业务内容、服务方式和手段上发生变革,对原有的图书馆业务进行重组。以中国科学院高能物理研究所图书馆为例,探讨一个专业图书馆在现有环境下业务重组和转型的动因、措施和成果,并对所取得的成效进行思考。

高能物理探测设备中结构新材料的应用技术研究

高能物理探测设备往往是一种大型的空间结构,采用了大量的新材料,如:不锈钢、无氧铜、有机玻璃、尼龙等。介绍了几种类型的高能物理探测设备,并对以上几种新材料的研究现状作了总结。归纳了清华大学关于高能物理探测设备中新材料的研究,对于不锈钢主要进行了材性和本构、构件承载性能、连接节点、整体设计分析、残余应力等研究;对于无氧铜,进行了材性和本构以及构件承载性能的研究;对于有机玻璃,对其节点性能进行了试验研究,并且将通过单轴拉伸、蠕变、冲击韧性和断裂韧性的试验来研究其材性和本构关系。

高能物理科学数据服务与应用

高能物理科学数据是用于研究物质的基本构成以及宇宙起源基础研究的重要资源。利用网络、计算、存储等基础设施可以提供包括数据汇交、数据共享、数据处理等高能物理科学数据服务,研究探讨高能物理科学数据的服务与应用具有重要意义。本文阐述国家高能物理科学数据中心支持的包括宇宙线观测、空间科学、粒子物理和材料科学领域的数据应用模式以及所采用的技术手段和方法,并通过典型服务案例介绍国内高能物理科学数据服务与应用。

高能质子降能器的物理研究

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)是一台基于强流质子加速器的大型多学科研究平台。CSNS的1.6 GeV高能质子束流在航天设备测试和粒子探测器测试方面都有重要应用。但是,由于单一的质子能量无法满足辐照应用及高性能探测器对束流不同能量的需求,研究设计可行的降能方案将质子束从1.6 GeV降至指定能量范围是十分必要的。本文研究发现,可以通过放置金属降能片的方式实现CSNS 1.6 GeV质子束流的能量调节。使用降能片产生弱流的π粒子测试束也具有可行性。通过比较铜、铁和钨等几种材料降能器后的次级质子及π粒子产额,降能片的活化及辐射屏蔽等多种因素,建议选择铁作为CSNS高能质子降能器的材料。

高能物理实验中数据传输系统的研究与实现

高能物理实验每天会产生大量的实验数据,由于高能物理实验本身的跨地域的建设特性,这些实验数据需要传输到远程的数据和计算中心进行离线分析。如何将这些数据实时、可靠、高效地传输到远程的数据和计算中心则是目前高能物理实验中需要解决的一个重要问题。介绍了一种高能物理环境下支持大批量数据传输的实时系统。系统提供了与数据产生系统和数据管理系统的接口,并实现实验数据从实验现场到数据中心和计算中心的可靠传输。目前该系统具有的功能包括:多路径源数据扫描、数据传输、数据缓冲区自动释放、传输过程管理、数据传输过程和性能监视、传输过程日志记录等。为了解决广域网上高延迟的特性,提高网络传输效率,系统应支持多流并发传输,同时支持数据中继服务,从而解决传输过程中由于网络或者某一传输节点失效造成的单点故障问题,提高系统自身的健壮性和可靠性。实验表明,该系统在高能物理实验数据的传输过程中具有良好的效果。