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松本 太郎; 岸本 泰明; 宮戸 直亮; Li, J.*
Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1183 - 1187, 2006/12
被引用回数：6 パーセンタイル：21.49(Physics, Fluids & Plasmas)磁場閉じ込めプラズマでは、さまざまな時定数及び特徴的長さを持つ乱流揺動と、それによって二次的に生成される帯状流とが、相互作用しつつ輸送過程に影響を及ぼす。このような時空間スケールが異なる揺らぎが混在している系における輸送の解析には、シミュレーションによる再現とともに、それらの揺らぎの特性をさまざまな側面から同定し、特徴付けることが重要である。本研究では、ジャイロ流体モデルを用いた電子温度勾配(ETG)モード乱流の3次元スラブ配位シミュレーションを行い、異なる磁場及び温度勾配の条件の下で、帯状流の形成や間歇的な熱流束等の輸送特性と、揺動から得られる相関次元,確率密度関数(PDF)等の統計量との関係を明らかにした。また、電場と圧力揺動とのクロススペクトル解析から、帯状流による乱流輸送の低減が、異なる二つの素過程に起因することを明らかにした。
河合 智賀; 前山 伸也; 井戸村 泰宏; 小川 雄一*
no journal, ,
準2次元乱流スペクトルにおけるエネルギー逆カスケードによる自己組織化現象は磁場閉じ込めプラズマ中での帯状流などの構造を形成する機構と考えられている。一方、第一原理モデルに基づくプラズマ乱流シミュレーションにおいてこれまで乱流スペクトルと自己組織化の関連は検討が進んでいなかった。本研究では、プラズマ乱流の流体近似であるHasegawa-Mima方程式から導かれる自己組織化による流れの構造形成とエネルギースペクトルの関連性を電子乱流のジャイロ運動論的Vlasovシミュレーションによって検証した。
朝比 祐一; 石澤 明宏*; 渡邉 智彦*; 洲鎌 英雄*; 筒井 広明*; 飯尾 俊二*
no journal, ,
電子温度勾配(ETG)モードと捕捉電子モード(TEM)が共存する系における乱流輸送の特性をジャイロ運動論的シミュレーションによって調べた。これにより、ETG乱流がTEM駆動のゾーナルフローによって抑制されることを明らかにした。さらに、乱流抑制のメカニズムを調べるためにエントロピー移送の観点から解析を行った。これにより、捕捉電子モードからゾーナルフローへのエントロピー移送を確認した。同様に、定常状態において低い径方向波数のETGモードから高い径方向は数のETGモードへのゾーナルフローを介したエントロピーの移送を確認した。前者は、捕捉電子モードによってゾーナルフローが駆動されていることを示し、後者はTEM駆動のゾーナルフローによってETG乱流が抑制されていることを示す。
井戸村 泰宏; 前山 伸也*; 仲田 資季*; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*; 渡邉 智彦*
no journal, ,
京コンピュータにおいて大規模CFDシミュレーションのための新しい並列最適化技術を開発し、有限差分法、および、スペクトル法に基づく核融合プラズマ乱流コードの強スケーリングを百万コア級に向上した。この最適化技術は多次元・多階層領域分割、3次元トーラスネットワークにおけるプロセス配置最適化、通信と演算の同時処理から構成される。強スケーリングの向上により核融合プラズマ乱流コードの性能は適用範囲は問題規模と時間スケールの両面で劇的に拡大し、乱流熱輸送のプラズマサイズ依存性やマルチスケール電子乱流における電子熱輸送といったITERの重要問題の研究が可能になった。
井戸村 泰宏
no journal, ,
ジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dを多種イオン系に拡張した。高Z不純物とバルクイオンや電子の異種粒子衝突演算子は速度空間のマルチスケール問題となり、数値的取り扱いが難しくなる。この問題を解決するために、低エネルギー領域の衝突係数の発散を抑制するフィルタ関数と衝突項の陰解法ソルバを導入し、タングステンのような高Z不純物の解析を実現した。多種イオン系の新古典輸送の検証結果を示すとともに、予備的な非線形乱流計算における不純物輸送特性を議論する。
井戸村 泰宏
no journal, ,
核融合プラズマにおける乱流輸送はITERにおける重要課題の一つである。この課題を5次元ジャイロ運動論モデルで研究するために、ジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dの開発を進めている。京コンピュータ上で多次元/多階層領域分割モデルや演算と通信のオーバーラップといったノード間並列処理技術を開発し、GT5Dの強スケーリングを約6百万コアまで向上し、乱流輸送のプラズマサイズ依存性といったITERの重要課題を研究することが可能になった。しかしながら、GT5Dを運動論的電子や多種イオンを含む核燃焼プラズマに拡張するにはエクサスケール計算が必要になる。こういった背景から、ポスト京重点課題ではメニーコアプロセッサに基づく次世代計算環境向けの計算技術の開発を推進している。本講演では、複雑なプロセッサ内メモリ階層構造や演算加速に比べて性能向上が限定的なノード間通信性能といった計算技術の課題を議論する。
井戸村 泰宏
no journal, ,
ポスト京重点課題では、ポスト京におけるエクサスケール核燃焼プラズマシミュレーションに向けてジャイロ運動論的トロイダル5次元full-fオイラーコードGT5Dの開発を進めている。本講演ではGT5Dにおける新たな計算技術開発の現状を概説する。GT5Dでは半陰的時間積分法で用いられるクリロフベースの疎行列ソルバが主要な計算コストを占める。本研究では省通信クリロフ解法を導入し、最新メニーコア環境でGT5Dのスケーラビリティを向上した。また、この省通信クリロフソルバは最新GPU環境にも移植され、一桁以上の性能向上を達成した。
井戸村 泰宏
no journal, ,
ポスト京重点課題では、ポスト京におけるエクサスケール核燃焼プラズマシミュレーションに向けてジャイロ運動論的トロイダル5次元full-fオイラーコードGT5Dの開発を進めている。本講演では、最初に、京コンピュータ等の現行ペタスケール計算機において開発されたペタスケール計算技術とそれがもたらしたfull-fジャイロ運動論シミュレーションの進展について概説する。次に、核燃焼プラズマシミュレーションと系統的な実験データ解析に向けたシミュレーションモデルの拡張について議論する。最後に、ポスト京に向けた新たなエクサスケール計算技術を示し、最新メニーコア計算機においてその性能を実証する。
井戸村 泰宏; Obrejan, K.
no journal, ,
ジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dを多種イオン系に拡張した。高Z不純物とバルクイオンや電子の異種粒子衝突演算子は速度空間のマルチスケール問題となり、数値的取り扱いが難しくなる。この問題を解決するために、低エネルギー領域の衝突係数の発散を抑制するフィルタ関数と衝突演算子の陰解法ソルバを導入し、タングステンのような高Z不純物の解析を実現した。多種イオン系の新古典輸送の検証結果を示すとともに、非線形乱流計算における不純物輸送特性を議論する。
井戸村 泰宏
no journal, ,
本講義では核融合プラズマ乱流のジャイロ運動論シミュレーションの進展を概説する。第一に、6次元ブラゾフ方程式から5次元ジャイロ運動論方程式に至る物理モデルの理論的枠組、そして5次元ジャイロ運動論方程式におけるマルチスケール現象を扱うシミュレーションモデルを示す。第二に、LagrangianやEulerianといった数値手法の特徴を示し、無衝突プラズマ乱流シミュレーションにおける数値的散逸の役割を議論する。第三に、ジャイロ運動論シミュレーションの最近の進展について、特に、full-fジャイロ運動論モデルの数値実験やイオン-電子マルチスケール電子乱流シミュレーションに焦点を当てて概説する。
井戸村 泰宏
no journal, ,
本講演では核融合プラズマ乱流のジャイロ運動論シミュレーションを概説する。第一に、5次元ジャイロ運動論モデルを示し、LagrangianやEulerianといった数値手法を説明する。第二に、ジャイロ運動論的トロイダル5次元EulerコードGT5Dを示し、最新のメニーコア環境やGPU環境におけるエクサスケール計算技術を議論する。第3に、イオン温度勾配駆動乱流に関する現在のペタスケール数値実験を示し、富岳における将来のエクサスケール数値実験の物理課題を議論する。
井戸村 泰宏
no journal, ,
本講演では、富岳における大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションコードGT5Dの高性能計算技術およびそれを用いて実施した数値実験の成果を概説する。富岳をはじめとするエクサスケール計算機では演算性能、特に、機械学習用に提供されている16bit演算の性能向上により通信性能のボトルネックが顕在化している。本研究では、16bit演算を活用した省通信アルゴリズムによりこの問題を解決し、GT5Dの飛躍的な高速化を達成した。富岳における数値実験により、核融合プラズマ乱流の遷移現象を解析し、熱、粒子、運動量の複雑な輸送特性を再現し、その物理機構を明らかにした。
