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李泽光:扬鞭奋蹄 完善自我
——记清华大学核研院助理教授李泽光

作者:本刊记者 范佳乐 范燕燕  来源:科学中国人  发布时间:2017-11-5

导读:李泽光,现为清华大学核研院助理教授,主要从事反应堆物理、蒙卡计算方法研究以及空间堆物理设计等相关工作。以第一主要研发者身份获得反应堆蒙卡分析软件(RMC)软件著作权以及反应堆核截面处理软件(RXSP)软件著作权;在国际上首次完成反应堆全堆精细模型全寿期蒙卡计算。承担国家自然科学基金资助项目、国家科技重大专项、国家重点基础研究发展计划资助等项目,曾获科协青年托举人才、清华大学优秀博士毕业论文二等奖等多项荣誉。

     
  2015年,国家发展改革委、外交部、商务部联合发布了《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》,如今,在“一带一路”发展倡仪下,我国承建的工程项目突破3000个,仅2015年,我国企业就对“一带一路”相关的49个国家进行了直接投资。“走出去”已成为“一带一路”的标杆,而在标杆上还悬挂着两张不得不提的“名片”——高铁和核电。
  清华大学核研院助理教授李泽光就一直专注于其中一张“名片”——核电研究,他在反应堆物理、新型反应堆设计以及先进模拟机方法研究与软件开发方面,献出了自己的一份力量。
  
蒙卡研究升级之旅
  
  世界著名核物理专家乔治·伽莫夫曾说过,在无穷大的世界里,部分可能等于全部。也许科研就是有这样巨大的力量,令李泽光在反应堆物理计算和蒙卡算法研究中沉迷不已。从本科期间,李泽光就开始跟随导师王侃从事有关反应堆蒙卡计算方法的研究,直到现在,他的很多研究还是基于相应方法开展。
  李泽光所提到的蒙卡方法,究竟是什么?又包括什么研究方向呢?首先还要从反应堆物理说起,简单来讲,它是研究整个反应堆设计的基础内容,也就是说其实反应堆物理是用来描述反应堆从发生核反应到怎样放热的全过程,也只有通过了解与计算反应堆物理是怎样运行、怎样放热的,才能进一步研究怎样将带动放出的热量用来推动系统进行发电。而蒙卡方法也是反应堆物理计算中的一种分析方法,它在全堆精细模型计算分析中有不可替代的重要作用。
  “反应堆物理是反应堆设计里面最核心的内涵。”李泽光所言非虚,举个例子就会简单明了。如果一个核电站设计中包含堆物理设计,那么就可以称其为反应堆核电站,反之也就是我们常说的常规电站。“常规电站和反应堆核电站的最大区别就在于热量如何产生。”李泽光补充道。
  从本科到博士再到如今已经工作多年,蒙卡研究给了李泽光更多的研究动力,使他力求通过研究寻找新的突破口。功夫不负有心人,博士期间,李泽光研发了反应堆蒙卡分析程序RMC,其所在团队也在国内首次公开发布反应堆物理蒙卡软件。“软件发布后,我们在一直不断完善其算法的同时,也在完善软件。”李泽光说道。
  今年,李泽光抓住“精细”的翅膀,再度对蒙卡程序的计算问题出击。虽然蒙卡程序在全堆精细模型临界计算中已经取得较好的成果,但在全寿期实际燃耗计算分析方面,还远远不能进行实际应用。而在达不到实际应用的同时,对反应堆全寿期燃耗分析的要求反而一直在提高,于是基于全堆精细模型的反应堆蒙卡全寿期实际燃耗计算就成为了反应堆物理蒙卡方法研究中的“香饽饽”。
  为了使其算法研究和程序开发获得国际领先水平,李泽光一直在努力,今年,他申请了国家自然科学基金常规面上项目“基于全堆精细模型的反应堆蒙卡全寿期实际燃耗计算研究”,重点开展截面在线展宽、蒙卡子通道物理热工耦合、大规模燃耗计算数据分解以及换料燃耗计算等核心方法的研究工作。要知道,在反应堆物理蒙卡程序应用上,计算性能一直是制约其发展的重要因素,提高蒙卡程序的计算效率,加速计算时间就是李泽光研究的当务之急。
  虽然项目刚刚推进,但对李泽光来说,已经是万事俱备,只欠东风。他打算通过仔细研究在线截面展宽,提出一种蒙卡物理/子通道热工耦合方法,用该方法来解决长久以来全堆尺度精细模型下的蒙卡物理热工耦合难题。并继续对蒙卡物理/热工耦合中的通用特性,如协同并行、网格对应、截面展宽、耦合收敛等,进行更加深入的分析。
  在蒙卡全堆百万量级燃耗区大规模燃耗计算问题上,单节点(12CPU)并行情况下内存占用不超过200G一直都是科学家难以企及的目标,但李泽光认为基于大规模并行及数据分解算法,势必可以将这块难啃的科学“骨头”拿下。此外,他结合蒙卡物理热工耦合、临界搜索、大规模燃耗、蒙卡pin-by-pin 换料算法的相关研究,计划对蒙卡燃耗计算在全堆全寿期实际燃耗计算上实现全新突破,这样一来就可以大大拓宽反应堆蒙卡物理分析计算的应用范围。
  与此同时,相信李泽光在方法研究基础上新开发的程序,不仅可以作为先进概念反应堆全寿期设计的工具,还可以为传统确定论物理设计方法和程序提供全寿期精细模型的结果校验和比对,具有巨大的应用创新价值。
  
直面工程现场实践
  
  诸多成果的背后,是李泽光付出的不懈努力。在多年的科学研究过程中,李泽光深感核能工程学科是一门工程应用性极强的学科,但只有理论,而无具体实践考察,研究根本力不从心,为此,他经常跑到工程一线,边观察边发现,在现场实践中做起了科学研究。
  在理论研究与实地考察相结合的研究方法指导下,李泽光还发现了如果单纯只从理论入手无法发现的问题。众所周知,高温气冷堆体积异常大,其安全性却几乎是无“堆”能及,在工程现场中,也启发了对高温堆蒙卡计算方向的探索。李泽光介绍,在高温堆现场实践一年期间,他接触了很多第一年的工程内容,对于高校教师非常难得。工程实践一方面提升了自己研究设计工作理念,另一方面也启发了新的研究方向,例如紧凑型气冷堆内容。高温气冷堆巨大的体积使其在应用领域极为受限,目前他正着手在减小体积的前提下,提高堆的功率密度,再度保证安全性能。这样一来,应用就更加灵活,海岛、移动车辆以及其他特殊场合都能够有其用武之地。
  此外,他还发现随着近年来,计算机,特别是超级计算机的飞速发展,科学对于计算能力在精细性方面的要求越来越高,如我国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”和“神威·太湖之光”超级计算机就是在精细计算要求下应运而生的。尤其是“天河一号”,一经问世就问鼎了全球超级计算机前500强排行榜第一的位置。
  和计算机一样,在反应堆分析方面,越来越精细的要求一定是必然。因此,目前及未来他将利用超级计算机的便利资源,尽可能用更精细的方法对反应堆进行模拟和计算,力求能够更真实地还原反应堆的特性。
  之所以能够坚持科研之路并收获满满,李泽光直言离不开导师的谆谆教诲。“我博士期间的导师,也就是清华大学的张作义教授和王侃教授,对我在学术与科研态度上的影响很大。”李泽光介绍,张作义教授可以说是他在核能领域的领路人,在核能整体概念的理解以及如何解决科研问题方面,给了他很多指导性意见。而王侃教授则更加具体化,对李泽光在博士期间的研究方向、课题选择等方面给予了极大的帮助。
  有了导师的助力,李泽光在科研上如鱼得水,在他看来,正是因为热爱,才能坚持,他也希望自己能够不忘初心,在科研中继续砥砺前行,勇往直前。
  

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