虚拟中子实验集成软件包

The integrated software package for virtual neutron experiment, includeing neutron instrument simulation software, Monte Carlo data reduction software and analysis tools, wants to support a computing environment that covers from Monte Carlo data generation to analysis result report, and helps instrument scientists and users to verificate the instruments design, to support the software development, to design the neutron scattering experiments and to analyse the experimental data by computer. We adopt the event-based storage struction as Monte Carlo data format, on which we will study the new reduction algorithms and analysis methods in order to improve the quality of experimental results.

虚拟中子实验集成软件包是由谱仪模拟平台、数据处理软件平台和数据分析工具等构成的软件平台，实现从模拟数据产生到数据分析的整套虚拟中子实验计算环境。本课题将采用基于事例的模拟数据存储格式，并在此基础上研究新的数据处理算法和数据分析方法，取代传统的基于直方图的存储格式和处理算法，以提高谱仪数据和物理结果的质量。谱仪模拟软件平台和数据处理平台将会开发能被真实谱仪软件重用的通用组件，同时采用灵活的基于脚本和XML的组件调用方式，方便搭建虚拟中子实验的实例，减少开发和维护的工作量。虚拟中子实验集成软件包，在中国散裂中子源建设以及谱仪设计期间,能为谱仪科学家提供谱仪硬件设计验证优化和配套软件开发的平台，在谱仪建成开放后，可以为谱仪用户提供中子散射实验设计、虚拟中子实验和谱仪操作培训的平台。虚拟中子实验集成软件包还可以方便的移植到其他中子科学平台，对促进中子实验的发展有重要的意义。

中国散裂中子源(China Spallaition Neutron Source, CSNS) 将于2017年底运行出束，它将是是世界第四座、发展中国家第一座同类大型科研设施。CSNS目前在建靶站1座，中子束线20条，可供中子衍射、反射、弹性散射、非弹性散射和照相等谱仪使用，将会为物理、化学、材料和生物等众多学科提供一个大型公共科研平台。虚拟中子实验集成软件包的重要目的，就是为CSNS开发一套由谱仪模拟、数据处理和分析软件构成的计算平台，实现从数据产生到数据分析的整套虚拟中子实验计算环境。该软件包的研发工作主要分为基础软件框架的设计和开发，通用谱仪模拟、样品模拟和探测器模拟，以及数据处理和分析算法研究三个部分。在基础软件框架部分，课题组独立开发了数据处理框架DroNE、网络通讯和数据缓存软件Neon以及数据分析界面DataPilot，统一了在线/离线/模拟数据处理程序。在模拟软件部分，课题组采用McStas和Vitess对不同的中子谱仪和样品进行了模拟，并在DroNE的基础上实现了探测器模拟和数字化，输出了和真实散射实验一致的二进制原始数据。在数据处理和分析算法部分，课题组针对不同的中子谱仪，在DroNE的基础上开发了探测器数据重建和映射算法，并在通用中子散射数据规约软件Mantid的基础上，实现了规约算法。课题组在此基础上完成了小角中子散射谱仪和中子反射谱仪的模拟和数据分析工作，在这两项工作中，样品模拟的输入参数和规约得到的样品性质得到了很好的符合，这些结果验证了虚拟中子谱仪和数据处理算法的正确性。虚拟中子实验集成软件包，已经能为谱仪科学家提供谱仪设计优化和配套软件开发的平台，今后也可以为谱仪用户提供中子实验设计和验证平台，其数据处理组件可以同时应用在真实的中子散射实验中。