●前言
第1章 反應堆結構材料輻照效應研究背景及意義
1.1 結構材料輻照效應研究背景
1.2 結構材料輻照效應多尺度計算模擬的需求與挑戰
第2章 結構材料多尺度模擬及計算需求
2.1 多尺度建模與模擬技術
2.1.1 第一性原理計算
2.1.2 分子動力學方法
2.1.3 動力學蒙特卡羅方法
2.1.4 團簇動力學方法
2.1.5 位錯動力學方法
2.2 結構材料多尺度模擬的計算需求
2.2.1 分子動力學模擬的計算需求
2.2.2 動力學蒙特卡羅模擬的計算需求
2.2.3 團簇動力學模擬的計算需求
第3章 結構材料多尺度計算模擬研究綜述
3.1 歐盟相關研究
3.1.1 RPV繫列研究
3.1.2 F/M鋼繫列研究
3.2 美國相關研究
3.2.1 CASL項目
3.2.2 NEAMS項目
3.2.3 LWRS項目
3.3 中國相關研究
3.3.1 裂變堆材料輻照效應研究
3.3.2 聚變堆材料輻照效應研究
第4章 高性能計算技術基礎
4.1 高性能計算技術概述
4.1.1 高性能計算
4.1.2 並行計算
4.1.3 主流的並行編程模型
4.1.4 超級計算機的發展
4.2 典型超級計算機架構
4.2.1 神威E級超算繫統架構及編程方法
4.2.2 曙光E級超算繫統架構及編程方法
4.2.3 天河E級超算繫統架構及編程方法
4.2.4 國產E級超算的對比
4.3 本章小結
第5章 大規模並行分子動力學模擬及實現
5.1 大規模並行分子動力學模擬技術
5.1.1 分子動力學基本計算流程
5.1.2 分子動力學粒子存儲數據結構
5.1.3 大規模分子動力學模擬軟件簡介
5.1.4 分子動力學中的級聯踫撞模擬
5.2 MISA-MD：大規模並行分子動力學模擬軟件
5.2.1 MISA-MD軟件架構及組成
5.2.2 MISA-MD粒子存儲數據結構
5.2.3 面向國產超算的MISA-MD程序性能優化
5.2.4 MISA-MD與LAMMPS的功能和性能對比
5.2.5 MISA-MD軟件性能
5.3 本章小結
第6章 大規模並行動力學蒙特卡羅模擬及實現
6.1 大規模並行動力學蒙特卡羅模擬技術
6.1.1 KMC方法
6.1.2 並行KMC算法
6.1.3 SL算法的通信策略
6.1.4 KMC速率計算與事件選擇算法
6.1.5 KMC並行軟件介紹
6.2 MISA-AKMC：大規模並行動力學蒙特卡羅模擬軟件
6.2.1 MISA-AKMC並行KMC框架
6.2.2 MISA-AKMC核心數據結構表示
6.2.3 MISA-AKMC應用
6.3 本章小結
第7章 大規模並行團簇動力學模擬及實現
7.1 團簇動力學的數值解法
7.1.1 分組方法
7.1.2 Fokker-Planck方法
7.1.3 隨機方法
7.1.4 雜化方法
7.2 空間關聯團簇動力學的相關研究
7.3 SUMMER-CD：空間關聯的並行團簇動力學模擬軟件
7.3.1 軟件架構
7.3.2 軟件實現
7.3.3 模擬結果與性能測試
7.4 MISA-SCD：大規模並行隨機團簇動力學模擬軟件
7.4.1 MISA-SCD模型構建
7.4.2 並行算法
7.4.3 軟件實現
7.4.4 正確性驗證
7.4.5 性能分析
7.5 MISA-SCD應用實例
7.5.1 RPV鋼模型合金中富Cu團簇析出模擬：允許的缺陷和反應
7.5.2 電子輻照Fe-1.34at.%Cu中Cu析出模擬
7.5.3 中子輻照Fe-0.3at.%Cu中的Cu析出模擬
7.6 本章小結
第8章 結構材料數值計算大數據智能分析技術
8.1 數值計算大數據
8.2 材料輻照效應計算模擬中的機器學習技術
8.2.1 機器學習原理
8.2.2 材料領域常用機器學習算法及模型
8.2.3 機器學習在材料輻照效應計算領域的應用
8.3 數值計算大數據智能處理技術
8.3.1 數據驅動的建模優化方法
8.3.2 基於數據挖掘分析的科學發現
8.3.3 數值計算大數據智能處理技術難點及挑戰
8.4 材料數值計算大數據的應用實例
8.4.1 基於xgboost算法的Frenkel缺陷對數預測
8.4.2 基於並查集算法的級聯踫撞團簇劃分方法
8.4.3 基於聚類算法的KMC長程演化類環狀原子簇發現
8.4.4 基於神經網絡的勢函數模型AIPM
8.5 本章小結
第9章 結構材料多尺度耦合模擬平臺PRIME
9.1 PRIME平臺概述
9.2 PRIME平臺實現
9.2.1 PRIME平臺框架
9.2.2 PRIME平臺數據庫實現
9.2.3 模擬大數據存儲體繫
9.2.4 平臺功能流程及開發實現
9.2.5 多軟件間耦合模擬實現
9.3 PRIME平臺應用實例
9.3.1 SCD和DD耦合的Fe-Cu合金熱老化模擬
9.3.2 RPV鋼輻照硬化和脆化預測
9.3.3 平臺數據轉換為IAEA級聯數據庫格式
9.4 本章小結
第10章 材料輻照效應計算的未來發展趨勢
參考文獻

本書從反應堆結構材料輻照效應的研究背景和應用需求出發，定量分析了結構材料典型多尺度模擬的計算需求，繫統介紹了利用超級計算機的算力和存儲優勢，實現輻照效應多尺度、高保真模擬的關鍵技術。在介紹典型國產超級計算機繫統特點的基礎上，論述了微觀、介觀高性能計算模擬軟件繫統的設計、實現與應用技術，並分析了材料輻照效應計算的未來發展趨勢。 本書可作為從事高性能計算和核材料領域的科研工作者與工程技術人員的參考資料，也可供高等院校計算機科學與技術及核工程與材料專業的本科生、研究生以及關注高性能計算及核材料發展的各界人士閱讀參考。