AISL：一個基于LAMMPS的XFEL輻照損傷自動化模擬程序

周悅 海雪 任翠蘭 殷亞茹 商琨琳 雷蕾 懷平,,4

1（上海科技大學 上海 201210）

2（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

3（中國科學院大學 北京 100049）

4（中國科學院上海高等研究院 上海 201210）

X射線自由電子激光（X-ray Free-electron Laser，XFEL）峰值亮度比第三代同步輻射光源高8～10個量級，脈沖時間短3～4個量級，并且具備非常好的空間相干性和超高準直性，因此被譽為第四代光源［1-2］。表1列舉了目前國際上已建成或在建的主要XFEL裝置。他們可產生光子能量高達數十keV的X射線脈沖，飛秒脈沖持續時間，因此單脈沖能量可達幾毫焦耳。XFEL短脈沖和高功率密度的特點，為科學研究提供了更好的能力，但也會造成光學元件薄膜材料的燒蝕、裂痕和剝落等現象，在相對較短的時間內導致材料的宏觀性能退化，光學元件的性能降低、服役壽命縮短，進而影響到整個光學系統的可靠性和穩定性［3］。因此，耐輻照性是XFEL裝置光學元件材料一個重要的指標，XFEL誘導光學元件損傷相關科學研究也是裝置的研究熱點問題之一。

表1 國際上主要XFEL裝置Table 1 Main XFEL facilities worldwide

國際上已經進行了許多實驗研究，探討了光學元件在XFEL輻照下的損傷現象、損傷閾值，以及材料、激光與損傷之間的關系。Milov等［4］通過FLASH對釕薄膜損傷點進行非原位分析，揭示了損傷現象隨著激光入射通量增加的變化情況。Koyama等［5］通過SACLA多脈沖輻照過程中X射線反射率退化的原位測量，評估了損傷閾值，并觀測了輻照損傷產生的壓印直徑和坑洞橫截面。20世紀50年代以來，各類材料模擬計算軟件日益成熟，基于分子動力學（Molecular Dynamics，MD）等跨尺度理論模擬計算方法能夠闡述微觀物理過程，幫助理解實驗上材料的損傷及光與材料相互作用機制［6］。……