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第四届中意韩高能量粒子物理三方研讨会顺利召开
2024-11-07
聚变理论与模拟中心
2024年10月26日至27日，由浙江大学物理学院聚变理论与模拟中心主办的“第四届中意韩高能量粒子物理三方研讨会”（4th Trilateral International Workshop on Energetic Particle Physics）在杭州六通宾馆顺利召开。来自意大利国家新技术、能源和可持续经济发展局、都灵大学，韩国聚变能研究所，汉阳大学以及国内主要科研院校的约50名专家和学者参加了会议。会议的目的是研讨磁约束聚变等离子体中高能量粒子物理的最新进展和将来合作研究方向。聚变理论与模拟中心主任傅国勇教授担任本次会议主席。在2天会期中，共有19个邀请报告和18张海报，主题包括磁约束聚变等离子体中的高能量粒子物理，湍流输运和磁流体不稳定性等方面。研讨会上，学者们就高能量粒子不稳定性和输运，高能量粒子与背景等离子体的相互作用以及相关模拟程序开发等方面的最新进展进行了热烈讨论，并探讨了今后可能的合作方向。本次会议是中意韩学者聚焦磁约束聚变等离子体前沿研究和国际合作的一次重要研讨会，会议对促进浙江大学以及国内聚变等离子体前沿研究的发展与国际交流具有重要意义。
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巨脉冲和快射电暴的圆偏振机制
2024-10-14
聚变理论与模拟中心
巨脉冲和快射电暴的圆偏振机制北宋时期的司天监于1054年记录了一次超新星爆发，这一事件形成了一颗半径约10公里的中子星和包裹它的蟹状星云。巧合的是，该中子星的磁轴恰好对准了6500光年外的地球。通过高速自转，中子星沿着磁轴发出的电磁辐射每秒扫过地球30次。1968年，科学家首次探测到来自这颗中子星的巨脉冲（giant pulse）无线电波。2003年，Hankins的观测结果显示这些巨脉冲由众多仅1纳秒宽的子脉冲堆积而成，并且这些子脉冲具有极高的圆偏振度。左图：蟹状星云；右图：中子星辐射示意图2007年，Lorimer首次报道了快射电暴（fast radio burst），可以说快射电暴是近年来天文领域最重要的意外发现。2020年，人们观测到银河系内一颗磁星（磁场更强的中子星）爆发了快射电暴。与巨脉冲相似，部分快射电暴也展现出高度的圆偏振。然而，巨脉冲和快射电暴的圆偏振机制至今尚不明确。等间隔双线分布的巨脉冲信号本研究首次在蟹状星云中子星的一个巨脉冲中发现了等间隔成对分布的子脉冲。每对脉冲中，第一个为左旋圆偏振，第二个为右旋圆偏振。上图展示了9对子脉冲的配对情况，成对子脉冲的时间间隔均在21微秒左右，不确定度仅为0.8微秒。理论上，法拉第效应可以用于解释这一现象。然而，中子星磁层内的等离子体由电子和正电子组成，沿磁场方向观测，它们的回旋运动对左右圆偏振是对称的，因此法拉第效应不起作用。我们大胆假设中子星磁层内的正负电子等离子体存在高度不对称性，即正负电荷没有完全中和，或正负电子能量存在显著差异。在这种不对称等离子体中，法拉第效应会将一个线偏振波分裂成前后延迟的左右圆偏振模式。在磁层参数允许的范围内，只有考虑巨脉冲的相对论强场效应，我们才能计算出符合观测结果的一对圆偏振射电脉冲。该理论还成功解释了巨脉冲的反常色散和随机偏振角等特异现象。此外，已有观测表明某些快射电暴也包含纳秒量级的子脉冲，其圆偏振可以用类似的机制进行解释。鉴于广泛认为中子星磁场方向上存在电场，这些电场可以加速正负电子，并可能诱发所假设的等离子体不对称性。此外，部分磁层粒子模拟结果也显示出不对称等离子体的迹象。关于巨脉冲和快射电暴的产生机制，学术界尚无定论，根本原因在于我们对中子星磁层的认识不足。通过观察中子星的电磁辐射，难以推断出更多有用的磁层信息。本研究发现的纳秒级成对巨脉冲可作为一种诊断磁层的新工具，有望帮助确定中子星磁层的等离子体参数。该研究由浙江大学物理学院武慧春教授完成，近日发表在《Astrophysical Journal Letters》。论文链接：https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad8154
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李耕贤博士学位论文答辩通知
2024-09-07
聚变理论与模拟中心
论文题目：若干重要平衡参数对托卡马克等离子体电磁不稳定性的影响 答辩人：李耕贤 指导教师：肖湧 教授 时间：2024年9月8日上午10:00 地点：物理学院（海纳苑8幢）439 欢迎各位师生参加！
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电子束驱动强场QED效应及其产生的稠密极化正电子源
2024-06-11
聚变理论与模拟中心
导读近日，我中心朱兴龙研究员与上海交大盛政明教授、人民大学王伟民教授等人合作在《Physical Review Letters》上发表题为“Dense polarized positrons from beam-solid interaction”的研究成果。该研究报道了强场量子电动力学（QED）研究方面的最新进展，在国际上首次发现了通过电子束直接驱动固体靶高效激发多光子Breit-Wheeler（BW）过程以及由此产生稠密极化正电子束的物理现象，揭示了QED场强下束靶相互作用新机制，为高能极化正电子源的发展及应用研究奠定了基础。研究背景高能正电子产生不仅是强场QED物理中最重要的过程之一，而且在诸多研究领域中起着至关重要的作用。特别是，当高能正电子束携带高自旋极化度时，其可以应用于探索一些基本的物理问题，例如寻找超标准模型新物理、探测核子结构以及理解一些极端的天体物理现象等。尽管高密度高能量的极化正电子可能广泛地存在于一些高能天体物理环境中，但是它们很难在实验室中获得。研究亮点研究团队在国际上首次发现了相对论非极化电子束与固体结构靶相互作用产生稠密极化GeV正电子的全新物理方案。电子束首先经过一个小角度的空心锥型靶（充当聚焦器）诱导强烈的磁聚焦，使其密度提高约两个数量级；电子束被聚焦到近固体密度范畴，这对触发强场QED过程是至关重要的，如此高密度电子束是当代加速器或其他技术方法所不能直接实现的。随后，聚焦的高密度电子束直接入射到一个固体靶表面（充当转换器）激发多光子BW过程产生稠密正电子，如图1所示。当高密度电子束撞击到固体靶表面时，其将引起超强的等离子体电子回流，从而在靶表面产生非对称强磁场。在此强磁场中电子束将发生进一步聚焦作用，同时将靶内的磁场强度进一步放大到兆特斯拉以上。相对论电子在此高强度准静态磁场作用下可以有效触发多光子BW过程，产生大量高能稠密正电子。另一方面，该磁场在等离子体内与真空中是不对称的，产生的正电子主要位于靶内侧，其经历着单极强磁场，通过辐射自旋翻转效应获得高极化度。此外，由于洛伦兹力的作用，在靶内产生的正电子将沿着-y方向偏离，而在靶外产生的正电子将沿着+y方向偏离。最终，产生两团自旋方向相反的高极化稠密GeV正电子束。计算结果表明，获得的正电子能量转化效率可达108/J，驱动电子与正电子的产率比达到0.3e+/e-，这是目前其他方法所难以达到的。这得益于驱动束激发强作用场的同时，其自身始终处于最强场区域，直至能量耗尽为止，是一种自持的高效作用机制。与之相比，在高强度激光作用构型中，往往取决于激光脉宽（即约为10fs尺度），产生的极化正电子能量转化效率一般不超过104/J。因此，该研究是目前产生稠密极化正电子最高效的方法。图1. (a)物理方案原理图，包括电子束聚焦和正电子产生。(b)稠密极化正电子产生机制图。总结与展望该工作首次报道了一种高效、简洁的方法，在不采用高强度激光的情况下，通过高能电子束驱动固体靶直接激发多光子BW过程并产生高极化稠密正电子束，揭示了QED场强下新的束靶作用机制。获得的正电子束电量可达纳库级、平均极化度高达40%以上。电子束在靶表面诱导的准静态强磁场具有天然不对称性，由此引起的正电子自旋极化机制是稳健的。研究表明进一步增加驱动束电量或能量，可以产生更多的极化正电子。该研究为高能极化正电子源的产生和应用研究提供了新途径。浙江大学物理学院朱兴龙研究员为该论文的第一作者兼通讯作者，上海交通大学盛政明教授和中国人民大学王伟民教授为共同通讯作者，合作者包括陈民教授、余同普教授、翁苏明教授和刘维媛博士。该工作得到了国家自然科学基金、浙江大学百人计划等项目的资助。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.235001欢迎感兴趣的同学前来交流或加入朱老师课题组开展相关研究，详情见：https://person.zju.edu.cn/xlzhu
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大尺度动理学模拟揭示对撞等离子体电磁湍流非线性演化与离子随机加热机制
2024-05-15
聚变理论与模拟中心
大尺度动理学模拟揭示对撞等离子体电磁湍流非线性演化与离子随机加热机制在天体物理中，常会出现高速等离子体的对撞，如超新星爆发的喷射物和太阳风与星际介质之间的相互作用。此类过程中等离子体速度和温度存在各项异性，宇宙中的种子磁场会在韦伯型不稳定性（Weibel-type instabilities）等作用下被放大成为电磁湍流并产生冲激波，继而产生极强的自生磁场。因此强磁场产生、无碰撞冲激波及其驱动的带电粒子加速等科学问题的研究是当前实验室天体物理领域的关注焦点，而且利用高功率激光装置（如美国的NIF，OMEGA以及中国的神光）已经成功产生了类似于天体中的对撞等离子体环境。浙江大学聚变理论与模拟中心团队，联合上海交通大学和中国科学院国家天文台相关团队，利用吴栋副教授开发的动理学模拟程序LAPINS，定量研究了磁化和非磁化碳氘与碳氢对撞等离子体系统中电磁湍流的非线性演化及其对离子动理学等过程的影响。研究表明：1）在成丝不稳定性和双流不稳定性的协同驱动下会产生电磁湍流；2）在外加横向磁场（垂直于对撞方向）作用下，等离子体自组织效应导致湍流场的剧烈放大，可以产生数十倍于外加磁场的自生磁场；3）离子在湍流场随机加速和碰撞热化的共同作用下，其分布函数会呈现超高斯分布，其中的高能离子会使得系统中氘氘聚变反应产额增加5～6倍。研究结果很好地解释了已有的实验结果。该成果以“Ion Kinetics and Neutron Generation Associated with Electromagnetic Turbulence in Laboratory-Scale Counterstreaming Plasmas” 为题于2024年4月11日发表在Physical Review Letters期刊。浙江大学物理学院博士生刘鹏为该文的第一作者，上海交通大学吴栋副教授、浙江大学聚变理论与模拟中心盛正卯教授为共同通讯作者。 文章信息P. Liu, D. Wu*， T. X. Hu , D. W. Yuan, G. Zhao, Z. M. Sheng*，X. T. He, and J. Zhang，Ion Kinetics and Neutron Generation Associated with Electromagnetic Turbulence in Laboratory-Scale Counterstreaming Plasmas，Phys. Rev. Lett. 132, 155103 (2024), PhysRevLett.132.155103 (aps.org)在激光驱动对流等离子体系统中（a），大尺度动理学模拟得到的非磁化（b）和磁化（c）对流等离子体中自生湍流磁场的空间分布。Ion Kinetics and Neutron Generation Associated with Electromagnetic Turbulence in Laboratory-Scale Counterstreaming Plasmas.pdf
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Lectures by Pro. Fulvio Zonca ,May 23-June 11,2024
2024-05-14
聚变理论与模拟中心
Abstract: Lecture series on Physics of Alfvén waves and energetic particles in fusion plasmas will be given to Mode structures and global dispersion of Alfvén waves in tokamaks and will be lectured by Prof. Fulvio Zonca in Spring 2024. These Lectures will cover with pedagogical style the first part of Reviews of Modern Physics 88, 015008 (2016) and are based on the 2018 Intensive Course Lecture Notes, which was a continuation of the Intensive Course on Linear physics and stability in tokamaks taught at IFTS. Prerequisite of the course is a preliminary knowledge of general plasma physics and classical mechanics, and the Lecture Notes of the 2017 Intensive Course. General theoretical aspects are treated in Lectures (1 ÷ 7), which are complemented by corresponding Q&A Sessions.Link to details: https://www.afs.enea.it/zonca/references/seminars/IFTS_spring24/ Time: Lectures (10am-11:30am) will be held at IFTS on May 23-29-31 and June 3-5-7-11, with corresponding Q&A Sessions (4pm-5pm) of the same days.Location: Room 323, Physics Building, Zijingang Campus Main areas that will be explored are: (I) Variational methods in plasma physics i) Constructing variational principles: Euler equations and Lagrangian A general methodology (Lecture 1) ii) Examples and applications of variational principles: Power dissipation in a passive resistive network Energy eigenvalues in quantum mechanics (Lecture 2) iii) Shear Alfvén waves in tokamaks. Variational formulation and variational principle Integral form of the dispersion relation (Lecture 3) (II) Wave propagation in slowly varying, weakly non-uniform media iv) Eikonal formulation of wave equations. Wave-packet amplitude evolution equation. (Lecture 4) v) The wave kinetic equation. Bound states and Schrödinger equation. (Lecture 5) (III) Description of Alfvén waves in tokamaks vi) Global eigenvalue problem in toroidal plasmas. The formation of meso-scales. (Lecture 6) vii) Time asymptotic solution and WKB dispersion relation. (Lecture 7)You are warmly welcomed to take part in !
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蒋沛攸博士学位论文答辩通知
2024-05-14
聚变理论与模拟中心
论文题目：基于编译时符号计算的回旋动理学磁流体混合代码开发答辩人： 蒋沛攸指导教师：傅国勇教授答辩委员会成员：主席： 李继全 研究员 核工业西南物理研究院委员： 蔡辉山 教授 中国科学技术大学 王丰 教授 大连理工大学 马志为 教授 浙江大学 肖湧 教授 浙江大学 武慧春 教授 浙江大学答辩时间：2024年5月18日14:00答辩地点：浙江大学紫金港校区物理学院（海纳苑8幢）322欢迎参加！
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杨宏伟博士学位论文答辩通知
2023-12-07
聚变理论与模拟中心
主题：杨宏伟博士学位论文答辩通知答辩人：杨宏伟指导老师：肖湧 教授时间：2023年12月8日（周五）下午1:00地点：海纳苑8幢439欢迎各位师生参加！
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The 14th International West Lake Symposium – Frontier Progress in Fusion Energy Research and Development
2023-07-03
聚变理论与模拟中心
第十四届西湖国际会议——聚变研发的前沿进展2023年5月26日至28日，第十四届西湖国际会议——聚变研发的前沿进展在浙江省杭州市浙江宾馆举行。本届西湖国际会议涵盖了聚变的理论、研发和实验方面，着重讨论了五个主题：私人公司聚变研发，仿星器，惯性约束聚变，聚变新概念，磁约束聚变。此次会议由浙江大学聚变理论与模拟中心主办，来自中国科技大学、中科院物理所、北京大学、上海交通大学、核工业西南物理研究院、北京应用物理与计算数学研究所、韩国聚变研究所、日本国家聚变科学研究所、法国莱昂纳多达芬奇大学、意大利国家新技术、能源和可持续经济发展局、德国马普等离子体物理研究所等校、所的91名专家、学者和研究生参加了会议。会议由浙江大学聚变理论与模拟中心组织，由浙江大学聚变理论与模拟中心的傅国勇教授发起。大会首先由浙江大学聚变理论与模拟中心的盛正卯教授致大会欢迎词。整个会程共开设12场报告，共39人作了邀请报告。参会人员对每个报告的议题都进行了热烈的讨论，增强了国际交流与合作。本次会议共收到摘要39篇。参会人员对每一个报告的议题都进行了热烈的讨论，对每一次邀请报告都发表了自己的意见和建议，为聚变理论、研发应用和模拟研究开拓了思路。
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Obaydur Rahman博士学位论文答辩通知
2021-03-05
聚变理论与模拟中心
主题: Obaydur Rahman博士学位论文答辩通知答辩人：Obaydur Rahman指导老师：盛正卯 教授 答辩时间：2021 年3 月 6 日（周六）下午13：30答辩地点：教11-413会议室欢迎各位师生参加！
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李跃岩博士答辩通知
2020-06-03
聚变理论与模拟中心
博士论文题目：托卡马克等离子体中电磁不稳定性的数值研究答辩人：李跃岩指导老师：肖 湧 教授答辩委员会：主席：陈 骝 教 授 浙江大学委员：王少杰 教 授 中国科学技术大学 陈 伟 研究员 核工业西南物理研究院 傅国勇 教 授 浙江大学 马志为 教 授 浙江大学 肖 湧 教 授 浙江大学 答辩时间：2020 年 6 月 4 日（周四）上午 10:00答辩地点：钉钉APP摘要： 托卡马克中涉及磁扰动和电流扰动的多种电磁不稳定性，如漂移波不稳定性、阿尔芬不稳定性等，对等离子体边界稳定性和快粒子物理十分重要，是高约束模式（H模）和燃烧等离子体物理的关键物理内容。动理学气球模（KBM），作为一种由压强梯度驱动的电磁漂移波不稳定性，在等离子体台基区由于其陡峭的压强剖面容易被激发。其压强梯度阈值在EPED代码的模型中起着至关重要的作用，而该模型已经成功地预测了许多托卡马克装置中高约束模式放电下台基区的高度和宽度。阿尔芬不稳定性是托卡马克等离子体中另外一种重要的电磁不稳定性，包含阿尔芬本征模（AE），如比压阿尔芬本征模（BAE）、环阿尔芬本征模（TAE）等诸多模式，可以被快粒子或者热离子通过通行共振或进动共振激发。其中KBM作为一种漂移阿尔芬不稳定性，被发现在离子温度梯度较大时会和BAE发生强烈的耦合，使得BAE模成为最不稳定的分支。而这些阿尔芬本征模即使在扰动场幅度不大的情况下，仍然会对共振快粒子造成较大的损失，这将对承受快粒子能量和动量流的装置第一壁造成较大的损伤。本论文针对KBM和阿尔芬不稳定性等托卡马克等离子体中的关键电磁不稳定性，开发和使用合适的模拟和计算工具，进行了如下三方面的研究探索。 （一）我们利用全域回旋动理学代码GTC，模拟研究了KBM对等离子体平衡敏感的物理原因。在GTC线性模拟结果中，我们发现当采用平台剖面的温度和密度分布时，在磁剪切为正时，径向模结构向外侧磁面移动。通过对KBM简化理论模型的建立和求解，我们发现KBM模结构的外移是由离子扰动平行可压缩效应导致的，其中该效应在磁剪切为正时为KBM提供致稳作用，而在磁剪切为负时不起作用，并在GTC模拟中分别采用了磁剪切为正和负的平台剖面对上述结论进行了验证。 （二）为了研究在托卡马克等离子体中观察到的各种漂移阿尔芬波物理，我们自主开发了一套非微扰线性稳定性有限元代码——“漂移阿尔芬快粒子稳定性代码”（DAEPS）。DAEPS代码的优势是其不仅可以快速、高效地得到漂移阿尔芬不稳定性的频率、增长率和模结构，还可以自洽地得到模结构的渐近行为，从而可以与理论进行比照。由于DAEPS的模型方程自动满足一般鱼骨模色散关系（GFLDR），从而DAEPS代码可以被方便地用于分析带电粒子动理学行为与漂移阿尔芬不稳定性间相互作用的物理。 （三）我们利用DAEPS代码研究了通行粒子动理学占主导的BAE和TAE物理，并针对如BAE和KBM等的长波长模设计了简化的动理学压缩项，采用这一简化的模型可以在保证精度的前提下，数百倍的加快计算速度。此外还发现，在DAEPS原始模型中忽略的平行扰动电场，对BAE物理影响很小。我们通过与理论结果的对比，发现了对于BAE和TAE这两种模，有限拉莫尔半径效应和有限轨道宽度效应可以通过降低波-粒共振强度而起到致稳作用。 本文针对托卡马克等离子体中的KBM、BAE、TAE等电磁不稳定性，通过对一系列简化理论的推导和本征值代码的开发，对模拟中发现的KBM的平衡敏感性、FLR和FOW效应对BAE、TAE等阿尔芬不稳定性的致稳作用等物理内容开展了一系列理论和数值研究，并发现了在数值中正确处理模结构渐近行为的重要作用。关键词：回旋动理学，电磁不稳定性，比压阿尔芬本征模，环阿尔芬本征模，动理学气球模
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浙江大学陈骝教授获钱德拉塞卡等离子体物理学奖
2019-08-19
聚变理论与模拟中心
亚太物理学会联合会（Associationof Asia-Pacific Physical Societies）于8月16日在日本文部科学省召开新闻发布会，宣布浙江大学/加州大学的陈骝教授和京都大学的Kazunari Shibata教授共同获得第六届钱德拉塞卡等离子体物理学奖。钱德拉塞卡奖是亚太物理学会在等离子体物理领域的最高奖，为了纪念诺贝尔奖得主钱德拉塞卡而在2014年设立的，颁发给在等离子体物理领域做出开创性的重大成果的科学家。颁奖仪式将于2019年11月底在马来西亚古晋举办的第十四届亚太物理学会上进行。
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第十一届计算物理国际会议（11th International Conference on Computational Physics）
2019-06-21
聚变理论与模拟中心
2019年6月24日-28日，第十一届计算物理国际会议（11th International Conference on Computational Physics）将在浙江大学紫金港校区举行。会议日程请见附件。6月24日-28日每天早晚都有班车，时间如下：TimeDeparture placeArrival place07:40 amEntrance of Yuquan Campus, Zhejiang University（浙江大学玉泉校区）Bld.MengMinWei, Zijingang Campus, Zhejiang University（浙江大学紫金港校区蒙民伟楼）19:00 pm Hangzhou Zijingang Internatioal Hotel(杭州紫金港国际饭店）Entrance of Yuquan Campus, Zhejiang Univeristy（浙江大学玉泉校区正门）希望各位老师、同学积极参加！ICCP11-会议日程安排.doc
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13th International West Lake Symposium – Extreme Radiation Physics
2019-04-22
聚变理论与模拟中心
13th International West Lake Symposium – Extreme Radiation PhysicsHangzhou, China May 4-6, 2019 The 13th International West Lake Symposium – Extreme Radiation Physics (IWLS-ERP19) will be held in Hangzhou, China, May 4-6, 2019. IWLS-ERP19 will be hosted by the Institute for Fusion Theory and Simulation (IFTS), Zhejiang University. The mission of IFTS is to carry out cutting-edge research in plasma physics. Laser power is reaching 10 PW thanks to CPA. Intense lasers have led to many new research areas and applications, including novel schemes for laser-driven particle acceleration, fusion ignition, generation of extreme radiation in the X- and γ-ray, THz and microwave regimes, as well as laboratory modeling of astrophysical radiation sources. IWLS-ERP19 will mainly be on extreme-radiation generation and related, including cross-disciplinary, topics. Presentations of theoretical, computational, and experimental results from scientists and graduate students worldwide are welcome.Topics• Intense laser technology• Laser-plasma interaction• Laser particle accelerator• Extreme radiation sources (x/ ray, THz, microwave etc.)• Extreme radiation-matter interactionConference FormatInvited talks, oral talks, and posters.Program Committee (preliminary)Xian-Tu He (PKU/IAPCM/ZJU), Ru-Xin Li (SIOM/CAS), Yu-Tong Li (IOP/CAS), Zheng-Ming Sheng (SJTU/US), Zhi-Yi Wei (IOP/CAS), Yu-Xin Leng(SIOM/CAS)，Hui-Chun Wu (IFTS/ZJU),Ming-Yang Yu (SZTU/ZJU)Organizing CommitteeHui-Chun Wu (IFTS/ZJU), Zheng-Mao Sheng (IFTS/ZJU), Dong Wu (IFTS/ZJU)Visa InformationChina requires visa for foreign visitors. A formal invitation letter from us will be needed for the visa application. You can also come as a tourist, in this case please contact the local Chinese Consulate for the visa requirements. If you need any help, please feel free to contact us.Contact PersonMs. Li (Secretary)Email: ifts@zju.edu.cnTel/Fax: +86-571-8795-3967
