//Росатом/ВНИИЭФ
Контакты
Предприятие госкорпорации Росатом
2009_1
Авдеев М. П., Дыдыкин С. В., Попов В. С. Опыт применения FPGA в качестве арифметических ускорителей // 14 Нижегородская сессия молодых ученых, г. Нижний Новгород, пансионат «Татинец», 15 - 19 февраля 2009 г. // 3 Международная конференция «Параллельные вычислительные технологии» ПаВТ - 2009, г. Нижний Новгород, 30 марта – 3 апреля 2009 г.
Современные задачи требуют все большей и большей производительности вычислительных комплексов. Увеличение производительности вычислительных комплексов только за счет увеличения числа процессоров ограничено несколькими факторами. К таким факторам можно отнести снижение эффективности счета при росте числа процессоров, технологические ограничения на инженерную инфраструктуру ( питание и охлаждение ), увеличение доли коммуникационной подсистемы. Применение ускорителей позволит при сохранении существующей инженерной инфраструктуры и коммуникационной системы повысить производительность и эффективность вычислительного комплекса. В настоящей работе рассматривается применение программируемых логических интегральных схем ( ПЛИС англ. FPGA ) в качестве арифметических ускорителей. Основная идея заключается в том, что ПЛИС позволяет динамически сформировать на кристалле сопроцессор ( ускоритель ) с заданной архитектурой. Это может быть ускоритель, выполняющий цифровую обработку изображения или звука, шифрование или дешифрование данных, и, наконец, ускоритель, реализующий специфический для решаемой в данный момент на процессоре общего назначения задачи алгоритм. Применение ПЛИС для решения высокопроизводительных задач стало возможным с появлением на рынке семейства микросхем Xilinx Virtex 2 Pro, ресурсов которых было достаточно для реализации простейших алгоритмов оперирующих числами с плавающей точкой. Впервые такой шаг предприняла фирма Cray, интегрировавшая ПЛИС семейства Virtex 2 Pro в свои серверы Cray XD1.
Изутов И. В., Гриневич Б. Е., Матцев Ю. И., Арюткин М. Ю. Выбор элементов системы ударного нагружения многосекционного обострителя тока // 14 Нижегородская сессия молодых ученых г. Нижний Новгород, 25 апреля 2009 г.
Разработана линзовая система инициирования для получения мегавольтного уровня напряжения на входе в вакуумную камеру ППТ в секционном ОТ. Разработанная конструкция системы ударного нагружения отработана в модельных экспериментах: определена толщина надлинзового заряда ВВ, толщина линзы, конструкция линзы и определен угол при вершине конуса для одновременного подлета линзы к нагружаемой поверхности. При проведении модельных экспериментов в цилиндрической геометрии по получению симметричного выхода ударной волны разновременность составила ~ 0,15 мкс, что соответствует предъявленным требованиям. Линзовая система инициирования готова к применению.
Изутов И. В., Морозов И. В. Исследование диэлектрических материалов для изготовления новых типов изоляторов // 14 Нижегородская сессия молодых ученых, г.Нижний Новгород, 25 апреля 2009 г.
В результате проведенной работы предложен новый диэлектрический состав для заполнения воздушных полостей между плёночными изоляторами. Состав обладает новыми потребительскими свойствами, указывающими на перспективность его применения в экспериментальных сборках, подвергающихся воздействию больших ( сотни киловольт ) напряжений. Проведены исследования электрических свойств нового состава.
Агапов А. А., Борискин А. С., Власов Ю. В., Казаков С. А., Шаповалов Е. В. Исследование взрывного размыкателя тока на ребристой преграде // 14 Нижегородская сессия молодых ученых, г. Нижний Новгород, 25 апреля 2009 г.
Многие современные физические эксперименты с импульсными
системами требуют применения источников электромагнитной энергии, имеющих высокую импульсную
мощность. Одним из путей повышения импульсной мощности источников энергии является
разработка быстродействующих размыкателей. Существует несколько видов размыкателей: взрывные
( с использованием взрывчатого вещества ), электровзрывные, плазменноэрозионные и
плазменнопоточные. Во взрывных размыкателях тока ( ВРТ ) чаще всего происходит увеличение
сопротивления коммутатора одним из следующих способов:
механическое разрушение
проводника в пазах диэлектрической преграды с помощью взрывчатого вещества ( ВВ );
разрушение проводника с помощью диэлектрических кумулятивных струй;гашение плазменного
канала продуктами детонации ( ПД ) взрывчатого вещества. Используемые ВРТ позволяют получать
в настоящее время импульсы напряжения амплитудой 200 - 300 кВ с передним
фронтом 300 - 500 нс. В докладе проведено исследование ВРТ на ребристой
преграде. Рассмотрена работа ВРТ при различной толщине разрушаемого проводника и разрывного
заряда, а также при различных размерах паза и ребра преграды. Исследована численная модель
процесса коммутации тока взрывомагнитного генератора ( ВМГ ) размыкателем.
Булычев С. В., Вялых Д. В., Дубинов А. Е., Львов И. Л., Сайков С. К., Садовой С. А. Технические характеристики семейства ВЧ - генераторов на основе разряда с полым катодом // 14 Нижегородская сессия молодых ученых, г. Нижний Новгород, 25 апреля 2009 г.
В докладе описаны технические характеристики семейства ВЧ - генераторов на основе разряда с полым катодом.
Дубинов А. Е., Сидоров И. И., Максимов А. Н., Есин М. И., Золотов С. В., Шубин А. Ю., Боброва А. А. Диагностика плазмы иттербия зондовым методом // 14 Нижегородская сессия молодых ученых, г. Нижний Новгород, 25 апреля 2009 г.
В нашем институте разрабатывается установка «Афина» для лазерного разделения стабильных изотопов элементов методом многоступенчатой фотоионизации в атомном паре. На первом этапе планируется производить иттербий, обогащенный 168 изотопом. Основой метода является различие в длинах волн поглощения у разных изотопов одного и того же элемента. Основные процессы включают в себя следующие этапы: В вакуумной камере из твердотельной фазы получают атомный пар рабочего элемента. Этот пар содержит естественную смесь изотопов. В случае тугоплавких элементов, к которым относятся, например, уран и гадолиний, используют испарение пучком электронов. В случае легко испаряющихся металлов, к которым относится, например, иттербий, нагрев осуществляют омическим способом. Поток атомов обычно стремятся сделать пространственно ограниченным в виде расходящегося атомного пучка, что позволяет частично уменьшить доплеровскую ширину атомных линий и засорение экстракторов. Полученный пар ионизуют излучением нескольких лазеров, настроенных с высокой точностью ( часто до 7 - го знака в длине волны ) на соответствующие переходы атомов разделяемого изотопа. Обычно селективная фотоионизация атомов разделяемого изотопа осуществляется путем многоступенчатого возбуждения с ионизацией на последней ступени. Для того, чтобы имела место преимущественная ионизация нужного изотопа, излучение лазеров на изотопически селективных переходах должно иметь узкий спектр, малый разброс по частоте и быть достаточно стабильным. Ионы, имеющие обогащенный изотопный состав, экстрагируют из пара и транспортируют на коллектор экстрактора с помощью электрического поля или его комбинации с магнитным полем. В экстракторе происходит накопление изотопически чистого материала. Извлечение обогащенного материала осуществляется хорошо разработанными химическими методами.
Ибрагимов М. Ш., Руднева Е. С., Репин П. Б., Селявский В. Т. Исследование электрического взрыва сборок из вольфрамовых микропроводников импульсами тока наносекундной длительности // 14 Нижегородская сессия молодых ученых, г. Нижний Новгород, 25 апреля 2009 г.
Последние достижения в изучении физики мощных излучающих Z - пинчей на основе многопроволочных сборок активизировали интерес к организации предварительного электровзрыва лайнеров с целью улучшения параметров генерируемого мягкого рентгеновского излучения. Предполагалось, что мощный импульс тока, наносекундной длительности, предваряющий запитку от основного драйвера установки, обеспечит повышение пространственной однородности продуктов электровзрыва проволочек лайнера и улучшит компактность имплодирующей оболочки. Однако, результаты экспериментов, проведенных в такой постановке, продемонстрировали ухудшение параметров импульса рентгеновского излучения. Одной из основных причин этого является снос к оси системы продуктов испарения проволочек в течение действия предимпульса. Устранить эту причину представляется возможным в проволочных лайнерах нетрадиционной конфигурации с протеканием тока по соседним проволочкам во встречном направлении. Обратный токопровод лайнера из разрядной цепи предварительного источника исключается. В этом случае глобальные силы, обеспечивающие радиальный снос продуктов проволочек отсутствуют. В данной работе сообщается о результатах исследования электрического взрыва подобных сборок из вольфрамовых микропроводников импульсами тока наносекундной длительности.
Федосеев И. Г., Бакумов А. О., Горохов В. В., Иванов М. М., Карелин В. И., Чернышов А. В. Снижение скорости рекомбинации низкотемпературной плазмы в больших объемах // 14 Нижегородская сессия молодых ученых, г. Нижний Новгород, 25 апреля 2009 г.
В данной работе предложен метод снижения скорости рекомбинации низкотемпературной плазмы в больших объемах. Метод основан на снижении скорости рекомбинации электронов в плазме фотоионизацией из высоковозбужденных ридберговских состояний излучением внешнего источника низкоэнергетичных квантов. В результате расчетов сформулированы требования к экспериментальному стенду по исследованию поддержания концентрации низкотемпературной плазмы.
Бельков С. А., Гречишкина И. Н., Шнягин Р. А. Исследование эффективности сглаживания возмущений фронта ударной волны, распространяющейся в плоской лазерной мишени // 14 Нижегородская сессия молодых ученых, г. Нижний Новгород, 25 апреля 2009 г.
В настоящее время во многих лабораториях мира активно проводятся эксперименты по исследованию ударной сжимаемости веществ с использованием мощного лазерного излучения. Интенсивность лазерного излучения на поверхности мишени в этих экспериментах лежит в диапазоне 1014 - 1015 Вт / см2, и давления, развиваемые за фронтом ударной волны могут достигать значений в несколько десятков Мбар. Малые масштабы области взаимодействия лазерного излучения с мишенью предъявляют высокие требования к качеству всех основных систем эксперимента: мишени, пятну облучения, точности регистратора, а также к методике измерения. Пучки современных мощных лазерных установок имеют неоднородный характер заполнения апертуры световым потоком, а также существенные аберрации, что не позволяет обеспечить требуемую однородность облучения мишеней без принятия специальных мер по улучшению качества пучков. Для получения однородных лазерных пучков к настоящему времени разработаны различные методы. При облучении мишени интенсивным лазерным излучением в ней формируется ударная волна ( УВ ). При этом неоднородности в распределении интенсивности лазерного излучения в поперечном сечении пучка, формируют неоднородное распределение давления на фронте абляции, что в конечном случае приводит к тому, что фронт УВ становится неплоским. Модовый состав этих возмущений непосредственно связан с модовым составом неоднородностей в распределении интенсивности. Неоднородности фронта УВ вносят значительный вклад в ошибку определения скорости ударной волны.Проведено численное моделирование генерации и распространения УВ по плоской мишени, которая облучается лазерным импульсом с неоднородным распределением интенсивности в поперечном сечении пучка. Расчёты проводились по двумерному газодинамическому комплексу. Результаты расчётов сравнивались с экспериментальными данными, полученными на установке «Луч» в ходе экспериментов по изучению ударной сжимаемости различных веществ. Типичная мишень представляет собой базовый слой из эталонного вещества толщиной 50 – 100 мкм. На фронтальной стороне базового слоя, т.е. стороне мишени, на которую воздействовал лазерный импульс, наносился слой аблятора из полипараксилилена ( ППК ) толщиной 8 – 10 мкм. На тыльной стороне базового слоя формируются две ступеньки из эталонного и исследуемого веществ. В экспериментах, измеряется время выхода УВ на тыльную сторону базового слоя и ступенек, по которым определяются затем скорости ударных волн в эталоне и исследуемом веществе. Неоднородности фронта ударной вносят значительный вклад в ошибку определения скорости ударной волны.В работе представлена методика, оценивающая эффективность сглаживания возмущений на фронте УВ при её прохождении по веществу. Установлено, что разновремённость выхода ударной волны пропорциональна амплитуде возмущения интенсивности пучка и характеризуется убывающей экспоненциальной зависимостью от пространственного масштаба неоднородности излучения.
Пискунов В. Н., Давыдов И. А., Веселов Р. А., Воронин Б. Л., Демин Д. А., Петров А. М., Невмержицкий Н. В., Софронов В. Н. Метод кластерной динамики для моделирования динамических процессов механики сплошной среды // 2 Всероссийская конференция «Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях», г. Москва, МИФИ, 28 - 30 мая 2009 г.
Описываемый ниже метод кластерной динамики ( CDM ) является одной из разновидностей метода частиц и предназначен для моделирования процессов, сопровождающихся большими деформациями вещества и нарушением сплошности материала. Принципиальным преимуществом CDM является возможность выбора размеров базового кластера, что позволяет моделировать процессы в широком диапазоне пространственных масштабов ( от единиц микрометров до десятков сантиметров ). На примере типичных металлов описана процедура построения потенциалов взаимодействия кластеров, соответствующих реальным уравнениям состояния вещества. Проведено численное моделирование методом CDM процессов выхода ударной волны на профилированную поверхность пластины и процессов высокоскоростного пробития преград ударником. Выполнено сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными и результатами других расчетов.Результаты показывают, что CDM может использоваться для полномасштабного моделирования процессов сильной деформации и динамического разрушения материалов при импульсном нагружении с характерными скоростями относительной деформации 103 - 106 с–1.