NRV_proekt_for_PAC - NUCLEAR REACTIONS VIDEO Project

Сетевая база знаний по ядерной физике низких энергий
Предлагаемый проект направлен на развитие, наполнение и поддержку «Базы знаний
по ядерной физике низких энергий», функционирующей в сети Интернет. Основной целью
создаваемой в ЛЯР ОИЯИ ядерно-физической базы знаний является решение двух основных
задач. (1) Быстрое и наглядное получение экспериментальных данных по ядерной структуре
и сечениям ядерных реакций, возможность их обработки, сравнения, построения
графических зависимостей и систематик. (2) Анализ экспериментальных данных и
моделирование процессов ядерной динамики непосредственно в окне Web-браузера с
помощью программ, основанных на общепринятых современных теоретических подходах.
Полный набор связанных друг с другом алгоритмов ядерной динамики, базы
экспериментальных данных по свойствам ядер и сечениям ядерных реакций и система
специальных сетевых программ анализа, управления, отображения и обработки вводимых
запросов и получаемых результатов вычисления образуют всё вместе то, что обычно
называют «базой знаний».
Существуют три принципиальных отличия создаваемой нами ядерной базы знаний от
уже имеющихся ядерных баз данных. (1) Известные нам базы ядерных данных, как правило,
предоставляют пользователю обычные текстовые файлы, позволяющие получать
информацию лишь в табличной форме. Таким образом, даже для получения каких-либо
простейших систематик пользователь вынужден самостоятельно выбирать и переписывать в
отдельный файл нужные ему данные, а затем использовать какой-либо графический пакет
для их представления. Наша база данных содержит специальные программы их
графического представления, проведения их сравнительного анализа и получения
всевозможных систематик по группе или по всей карте ядер. (2) Организованные нами базы
данных по сечениям ядерных реакций содержат оцифрованные данные. Это не только
облегчает их использование, но, прежде всего, позволяет с помощью разработанных нами
программ выполнять всевозможную обработку этих данных, делать графическое сравнение
различных сечений друг с другом и, в конечном счете, проводить полный теоретический
анализ этих данных. Все это выполняется непосредственно в окне Web-браузера, без
необходимости поиска и загрузки каких-либо дополнительных вычислительных программ и
графических пакетов. (3) Главной частью разрабатываемого нами комплекса являются
сложные вычислительные программы моделирования низкоэнергетической ядерной
динамики, которые в совокупности с экспериментальными ядерными данными как раз и
составляют «ядерную базу знаний». Организация сетевой работы этих программ
(графический интерфейс, простота в использовании, разветвленное меню, гипертекстовая
система подсказок и описания моделей,
графическое представление результатов,
взаимодействие с удаленным пользователем при длительных вычислениях и, наконец,
многопользовательский сетевой доступ) представляет основную проблему создания базы
знаний данного типа.
Занимаясь в течение нескольких последних лет проблемой создания сетевой базы
знаний, мы накопили значительный опыт в этой области. Нами организована работа Webсервера (http://nrv.jinr.ru/nrv), на котором начато размещение базы знаний по ядерной физике
низких и промежуточных энергий: экспериментальные данные о свойствах атомных ядер,
сечения некоторых ядерных реакций, программы, генерирующие HTML-страницы запросов,
несколько вычислительных программ анализа ядерной динамики и специальные Javaприложения визуализированного отображения и обработки получаемой информации.
Насколько нам известно, впервые в мире сложные вычислительные программы
моделирования ядерной динамики, имеющие визуализированный графический интерфейс
ввода (или выбора) начальных данных, графическое представление и обработку полученных
1
результатов непосредственно в окне Web-браузера, становятся доступными в сети Интернет
без необходимости их перегрузки в компьютер пользователя. Помимо легкости и удобства
работы, данный подход позволяет унифицировать анализ и обработку экспериментальных
данных в рамках общепринятых стандартных моделей.
Пользователями разрабатываемой нами базы знаний являются физики (теоретики и
экспериментаторы), ведущие исследования в области ядерной физики низких и
промежуточных энергий. Несмотря на то, что мы до сих пор еще не делали никаких
официальных объявлений о реальном функционировании базы знаний, она уже получила
широкую известность и популярность среди научной общественности. Сегодня происходит в
среднем не менее 6 внешних обращений за день на запуск уже работающих программ, не
считая запросов с IP-адресов ОИЯИ. После размещения разрабатываемой базы знаний на
одном из официальных Web-серверов ОИЯИ число пользователей должно составить
несколько тысяч человек с учетом студентов и аспирантов университетов,
специализирующихся в ядерной физике.
В дополнение к уже работающим в сети программам кинематического анализа
ядерных реакций, квазиклассического и квантового расчета упругого рассеяния в рамках
оптической модели, а также расчета сечений слияния атомных ядер, проектом
предусматривается написание и размещение на Web-сервере большого числа других
программ моделирования низкоэнергетической ядерной динамики (прямые и
многоступенчатые процессы неупругого рассеяния, передач и фрагментации, динамическая
и статистическая модели деления и распада возбужденных ядер, модели описания ядерной
структуры и т.п.), что потребует привлечения к работе значительного числа специалистов и
достаточно больших временных затрат. Накопление оцифрованных данных по сечениям
ядерных
реакций
также
потребует
дополнительных
человеческих
ресурсов.
Многопользовательский режим работы «базы знаний» в сети Интернет требует более
мощного (многопроцессорного) Web-сервера, который нуждается в постоянной поддержке и
администрировании сетевым менеджером.
Для успешного дальнейшего развития ядерно-физической базы знаний, ее постоянной
поддержки и устойчивого сетевого функционирования необходимо следующее.
(1) Включить данный проект (Сетевая база знаний по ядерной физике низких
энергий) в число долгосрочных проектов лаборатории.
(2) Приобрести необходимое серверное оборудование. Оптимальным для этого является
сервер на базе 2-х процессоров Xeon, например, сервер mS4000pro/2U (SX2842Ri):
2*Xeon 2.8 ГГц/ 2 Гб/ 3 x 36 Гб SCSI RAID стоимостью 3850 USD.
(3) Приобрести программное обеспечение, необходимое для устойчивой работы сервера
и дальнейшего развития базы знаний: операционную систему Windows Server 2003
(стоимость 720 USD), среду разработчика Java и C++ (стоимость 800 USD).
(4) Выделить три штатные единицы в составе группы теоретической и вычислительной
физики ЛЯР для постоянного обновления и наполнения базы знаний и поддержки ее
устойчивой сетевой работы (два физика-программиста и один сетевой менеджер).
(5) Предусмотреть в бюджете текущие расходы по поддержке данного проекта в
размере 5000 USD в год, включая приобретение расходных материалов и
командировочные расходы высококвалифицированных иногородних специалистов,
входящих в группу разработчиков.
2
Web Knowledge Base on Low Energy Nuclear Physics
The project is aimed to development, filling and net support of the “Knowledge base on low
energy nuclear physics” allocated in the Web. The nuclear physics knowledge base developed at
FLNR solves the two following problems. (1) Fast and visual getting of experimental data on
nuclear structure and cross sections of nuclear reactions, a possibility for processing these data, their
comparison and plotting the studied regularities and systematizations. (2) Analysis of experimental
data and modeling the processes of nuclear dynamics within the foolproof codes based on the wellestablished physical approaches just in a window of the Web-browser. A set of coupled with each
other algorithms of nuclear dynamics, experimental data bases on nuclear structure and nuclear
reactions, and a system of special net codes for analysis, management, representation and handling
of user’s queries and obtained results of calculations form altogether what is usually called
“knowledge base”.
There are three fundamental distinctions of the created nuclear knowledge base from already
existed nuclear databases. (1) The available nuclear databases, as a rule, supply users with ordinary
text files of tabular information. Thus, even to get some simplest systematization, user ought to
chose one by one and retype in a separate file the data needed to him and then use some
independent graphical package to plot these data. Our knowledge base contains special programs
for graphic representation of the data, performing their comparative analysis and obtaining
systematizations of all kinds over a group of nuclei or the whole nuclear map. (2) Our databases on
the experimental cross sections of nuclear reactions contain the digitized data. Besides significant
simplification of their control, this allows one to perform overall processing these data, make
graphical comparing of the cross sections with each other and, finally, analyze these data within
theoretical models. All these are made in a window of the Web-browser without a search and
downloading any additional computational codes and graphical packages. (3) The complicated
computational programs of modeling low-energy nuclear dynamics are the main part of the
developed system. Taken together with experimental data on nuclear properties they just form the
“nuclear knowledge base”. Organizational net management of all these codes (graphical interface,
simplicity of use, wide branched menu, hyper-text prompts and descriptions of the models,
graphical representation of the results, interplay with remote user at long-time calculations and, at
last, multi-user net access) is a basic problem of creating such kind of knowledge base.
Working on development of the net nuclear knowledge base during last several years we
accumulated significant experience in this field. We installed the Web-server (http://nrv.jinr.ru/nrv),
at which an allocation of the knowledge base on nuclear physics of low and intermediate energies is
started: experimental data on nuclear properties, cross sections of some nuclear reactions,
computational codes for analysis of nuclear dynamics, special utilities for generating HTML-pages
of queries and Java applets for visualized graphical representation and handling of obtained
information and results. As far as we know, for the first time, the complicated computational codes
of modeling nuclear dynamics, supplied with a visualized graphical interface for data input and
graphical representation and handling of the obtained results in a window of Web-browser, become
available in the Internet without a necessity of their downloading into computer of user. Beside
easiness and convenience of use, this method allows to unify an analysis and processing of
experimental data within the well-established standard models.
Physicists (experimentalists and theoreticians) working in low and intermediate energy
nuclear physics are main users of the developed knowledge base. In spite of the fact that we did not
officially announce about real operation of our knowledge base, it got already rather wide publicity
among nuclear society. On average about 6 remote running of computational codes per day take
place not counting the queries from JINR IP addresses. After allocation of the knowledge base on
3
an official Web-server of JINR, several thousands of users could be expected taking into account
the students specialized in nuclear physics
In addition to already working in the net programs for kinematical analysis of nuclear
reactions, semi-classical and quantum calculation of elastic scattering cross sections and fusion of
atomic nuclei, development and allocation on the Web-server of many other codes for simulation of
low-energy nuclear dynamics should be done within the proposed project (direct and multi-step
processes of inelastic scattering, transfer and fragmentation, dynamic and statistical models of
nuclear fission and decay of excited nuclei, models of nuclear structure and so on). This will
demand a work of considerable amount of specialists and rather long time. Accumulation of
digitized data on the cross sections of nuclear reactions also needs additional human and time
resources. More powerful (multi-processor) Web-server is needed for a foolproof multi-user
operation of the knowledge base. Support and administration of the server by a net manager is
required.
For subsequent successful development of the nuclear knowledge base, its support and
reliable operation in the Web the following steps should be done.
1. Include this project (Web Knowledge Base on Low Energy Nuclear Physics) into the list
of long-range projects of the laboratory.
2. Purchase a necessary server equipment. Two-processor Xeon server such as mS4000pro/2U
(SX2842Ri): 2*Xeon 2.8 GHz/ 2 Gb/ 3 x 36 Gb SCSI RAID seems to be appropriate. Its
price is about 3850 USD.
3. Purchase a software needed for functioning the Web server and for further development of
the knowledge base: operation system Windows Server 2003 (720 USD), integrated
developer environment for Java and C++ (800 USD).
4. Add three staff units to the Group of theoretical and computational physics of FLNR for a
permanent renovation and filling of the knowledge base and for its stable operation in the
net (two physicists and one Web manager).
5. Inscribe into the budget the current expenses at the rate of 5000 USD per year for support of
the project including all consumption stuff and travel expenses of invited highly skilled
collaborators belonging to the group of creators.
Will be submitted at PAC on nuclear physics (21-22 April, 2005).
Speaker: Prof. V.I. Zagrebaev (FLNR, JINR), valeri.zagrebaev@jinr.ru
4