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复旦大学核科学与技术系 - 虚拟仿真VR实验室 (NucLab©



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      复旦大学核科学与技术系,前身为1958年成立的复旦大学原子能系,又称物理二系。不仅是全国第一批设置本科核专业的院系,也是首批核物理与核技术博士点和硕士点。建系六十年来,不仅建立了国内一流水平的实验室,也是国内核科学研究与人才培养的重要基地之一。


      随着经济的腾飞和核事业的发展,我国对核科技领域高素质人才的需求日渐迫切。2009年复建核工程与核技术专业,先后建成了“核相关基础实验室”“核技术综合实验平台”等面向核专业教学的实验室和实验平台。为我国核科技领域各科研院所和企事业单位,输送了大量生力军。


      随着科学技术的发展和学科交叉,许多非核专业也非常需要对核技术及其应用有一定了解。然而,传统核专业实验不仅要使用放射源,相关设备也较昂贵,不便向广大非核专业学生开放。因此,利用虚拟仿真技术建设虚拟实验系统就成为一种有效的教学手段。实验系统由核辐射与物质相互作用、辐射防护等一系列实验组成,可以让学生加深对核辐射的认识,了解核辐射常用探测设备和防护方法等核相关知识。


      该虚拟仿真实验系统使用成熟的VR开发平台Unity完全自主建模开发。在虚拟实验室里,学生可根据实验需要自行选择实验装置,并对各参数进行调节和设置。系统基于蒙特卡洛算法,即使参数设置一致也不会得到相同的结果,以模拟核辐射的随机特性,同时又能反映出核衰变的统计规律。


      为了尽可能贴近实际,团队结合多年来实际实验教学中所总结的经验,在系统中考虑了可能发生的各种情况并使用尽可能准确的物理模型。例如,使用者违规接触放射源或无防护进入射线路径,用户生命值就会根据照射剂量而下降。另外,各装置均根据实际设备建模,设备参数完全开放,需要充分预习并根据特定实验进行设定,仪器生命值也会因不当设置而降低。当累计接受剂量达到安全标准,或设备生命条归零,系统就会提示实验失败。用户的所有操作都会被记录进文档,以保证涉核实验的严肃性。


      目前,该仿真实验系统已经完成三个实验的建设,根据规划,最终将包含8到10个实验。既能基于该系统构成独立的学程课程,也可以选取部分实验作为公共选修课程内容的提升和补充。


      该仿真实验系统的建设,针对非核专业对核技术相关知识的巨大需求,打破了放射源管制和实验所需大量昂贵设备的局限。相信在各方支持下,通过项目组成员们的努力,必将为核技术及应用基础知识的教学和传播做出自己的贡献。





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