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論文

国際核融合エネルギー研究センターの高性能計算機システムHeliosを利用した国内シミュレーション研究プロジェクトの進展

石澤 明宏*; 井戸村 泰宏; 今寺 賢志*; 糟谷 直宏*; 菅野 龍太郎*; 佐竹 真介*; 龍野 智哉*; 仲田 資季*; 沼波 政倫*; 前山 伸也*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 92(3), p.157 - 210, 2016/03

幅広いアプローチ協定に基づいて国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)の計算機シミュレーションセンター(CSC)に設置された高性能計算機システムHeliosは、2012年1月に運用を開始し、日欧の磁気核融合シミュレーション研究に供用され、高い利用率の実績を示すとともに、炉心プラズマ物理から炉材料・炉工学にわたる広い分野で多くの研究成果に貢献している。本プロジェクトレビューの目的は、国内の大学や研究機関においてHeliosを利用して進められているシミュレーション研究プロジェクトとその成果を一望するとともに、今後予想される研究の進展を紹介することである。はじめにIFERC-CSCの概要を示した後、各研究プロジェクト毎にその目的、用いられる計算手法、これまでの研究成果、そして今後必要とされる計算を紹介する。

論文

Fokker-Planck simulation of runaway electron generation in tokamak disruptions

奴賀 秀男; 松山 顕之; 矢木 雅敏; 福山 淳*

Plasma and Fusion Research (Internet), 10, p.1203006_1 - 1203006_2, 2015/01

The runaway electron generation during tokamak disruptions is investigated by kinetic simulations. Three dimensional Fokker-Planck simulations (2D in momentum space and 1D in radial direction) are carried out with various values of $$tau_q$$ and the results are compared with the previous simulation results that use runaway generation rate derived by Conner and Hastie. From the simulation results, It is pointed out that the importance of the hot-tail effect for the description of the runaway electron generation mechanism with fast thermal quench.

論文

Nuclear fusion simulation code optimization and performance evaluation on GPU cluster

藤田 典久*; 奴賀 秀男*; 朴 泰祐*; 井戸村 泰宏

Proceedings of 2014 IEEE 28th International Parallel & Distributed Processing Symposium Workshops (Internet), p.1266 - 1274, 2014/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:62.66

GT5Dはトカマクプラズマにおける乱流現象の解析を目的とする核融合シミュレーションプログラムである。本研究ではこれをノードあたり複数GPUを搭載したGPUクラスタに対して最適化した。CPUノード上のGT5Dの特性評価に基づき、MPI通信以外のプログラムの時間発展部分全体をGPUに移植した。NVIDIA M2090 GPU4台を用いて、8コアを搭載したIntel Xeon E5-2670(SandyBridge)CPU2台に比べて、関数レベルで最大3.35倍、全体で1.91倍高速な処理性能が得られた。ここで、MPI処理とGPU計算をオーバーラップすることによって63%の性能向上が得られた。

論文

Nuclear fusion simulation code optimization on GPU clusters

藤田 典久*; 奴賀 秀男*; 朴 泰祐*; 井戸村 泰宏

Proceedings of 19th IEEE International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPDCS 2013) (USB Flash Drive), 2 Pages, 2013/12

A fusion plasma turbulence simulation code GT5D is optimized for GPU clusters with multiple GPUs on a node. We get 3.37 times faster performance in maximum in function level evaluation, and 2.03 times faster performance in total than the case of CPU-only execution on the HA-PACS GPU cluster. It includes 53% performance gain with overlapping MPI communications and GPU calculations.

論文

Evolution of bootstrap-sustained discharge in JT-60U

高瀬 雄一*; 井手 俊介; 鎌田 裕; 久保 博孝; 御手洗 修*; 奴賀 秀男*; 坂本 宜照; 鈴木 隆博; 竹永 秀信; JT-60チーム

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03

本論文は、JT-60で得られた高自発電流割合のプラズマについて報告するものである。高閉込めの負磁気シア放電をもとに、自発電流割合がほぼ100パーセントのプラズマ(プラズマ電流$$geq$$0.55MA)を約2.5秒維持することに成功した。このようなプラズマでのコラプスによる内部輸送障壁の一時的な崩壊と回復減少の繰り返しを観測した。さらに、自発電流割合が100パーセントを上回ると推定される放電を得た。

口頭

GPUクラスタにおける核融合シミュレーションコードの実装

藤田 典久*; 奴賀 秀男*; 井戸村 泰宏; 朴 泰祐*

no journal, , 

核融合プラズマシミュレーションコードGT5Dを大規模GPUクラスタに移植し、その性能評価を実施した。ノードあたり4GPUを搭載する筑波大学のHA-PACSシステムにおいて主要カーネルをGPUメモリ上へ移植し、GPU間の通信処理を演算処理とオーバーラップする通信マスク手法を開発した。移植した主要カーネルの処理性能としてはCPUに比べて平均2.3倍程度の高速化を達成したが、コード全体としては処理時間比率で7割程度のカーネルしか移植が完了していないため、1.3倍程度の高速化に留まった。しかしながら、通信マスク手法を適用することにより、1.85倍まで性能を改善することに成功した。

口頭

GPUクラスタHA-PACSにおける核融合シミュレーションコードの性能評価

藤田 典久*; 奴賀 秀男*; 朴 泰祐*; 井戸村 泰宏

no journal, , 

1ノードに複数のGPUを搭載したGPUクラスタシステムに対して核融合プラズマ乱流シミュレーションコードGT5Dの最適化を行った。全ての計算ループをGPU上に移植し、主要なMPI通信に通信オーバラップ手法を適用した。HA-PACSシステム上で、CPUのみの計算に比べてGPU-CPU計算で2.03倍の高速化を達成した。

口頭

Simulation of runaway electron confinement in presence of macroscopic MHD modes

矢木 雅敏; 松山 顕之; 若狭 有光*; 奴賀 秀男

no journal, , 

The runaway electron (RE) confinement has been investigated by a relativistic guiding-center trace code ETC-Rel using analytic expressions of the MHD modes. In this work, the nonlinear evolution of the MHD field is simulated by the 4-field reduced MHD code R4F. The use of nonlinear MHD codes allows us to treat more realistic values of the saturated amplitude and the eigenmode structure for given equilibrium. Results of the code verification for R4F, which simulates nonlinear coupling of the (2, 1) and (3, 2) tearing modes are shown. The RE confinement using nonlinear MHD simulations of density-limit disruptions with the edge radiation loss is also discussed.

口頭

Energy dependence of runaway electron losses due to MHD modes

松山 顕之; 相羽 信行; 奴賀 秀男; 石井 康友; 矢木 雅敏

no journal, , 

We report the simulation study of the RE drift orbit induced by macroscopic MHD modes using the relativistic guiding-center Monte-Carlo code ETC-Rel with its extension to treat the electron orbit in the vacuum region and strike points on the first wall. The structure of MHD modes is modeled by analytic expressions, the linear stability code MARG2D, and the reduced MHD code. We investigate the energy dependence of the RE transport and losses systematically for different types of perturbations that represent internal kink, tearing, and external kink modes. Near the stochastic threshold of the RE drift orbit, a significant effect of the drift resonance on the RE confinement has been identified, which contributes to both enhancement and suppressions of the stochasticity of the RE drift orbit. In addition to these specific results, we also discuss the status of our developments for disruption integrated simulation code with runaway electrons.

口頭

巨視的MHDモードの存在下における逃走電子閉じ込めのシミュレーション研究

矢木 雅敏; 松山 顕之; 奴賀 秀男; 若狭 有光*; 福山 淳*

no journal, , 

逃走電子の閉じ込めを相対論的案内中心軌道追跡コードTEC-Relを用いて研究した。本研究ではMHD場の非線形発展を4場簡約化MHDコードR4Fにより計算した。これまでは解析的モデルによりMHD揺動をモデル化していたが、非線形シミュレーションと連携させることで任意の平衡に対し、飽和振幅や固有関数をより現実的モデルとして取り扱うことが可能となった。R4Fコードの妥当性を評価するために(2,1)テアリングモードと(3,2)テアリングモードの非線形シミュレーションを行ったのでその結果について議論する。あわせてプラズマ周辺に放射損失を伴う密度限界ディスラプションの非線形シミュレーション結果についても報告する。

口頭

トカマクプラズマでのディスラプション時における逃走電子生成のFokker-Planck解析

奴賀 秀男; 松山 顕之; 柴田 欣秀; 矢木 雅敏; 河野 康則; 福山 淳*

no journal, , 

ITERを含む将来の大型トカマクでは、ディスラプション時に発生する大量の逃走電子が第一壁との衝突することで装置寿命に悪影響を及ぼすと考えられている。したがって、逃走電子発生のメカニズムを明らかにすることは、ディスラプション制御手法を開発する上で重要な役割を果たす。本研究では、運動論的輸送コードであるTASK/FPを用いて熱クエンチ時に発生する速度分布のテイルの影響を考慮した逃走電子の生成と誘導電場の時間発展との自己無撞着な解析を行い、JT-60Uにおける実験データとの比較によりモデルの妥当性を評価する。

口頭

トカマクプラズマにおけるディスラプション時の逃走電子生成過程のフォッカープランクシミュレーション

奴賀 秀男; 松山 顕之; 矢木 雅敏; 福山 淳*

no journal, , 

ITERを含む将来の大型トカマクでは、ディスラプション時に発生する大量の逃走電子が第一壁と衝突することによって装置寿命に悪影響を及ぼすと考えられている。したがって、逃走電子発生のメカニズムを明らかにすることはディスラプション制御手法を開発する上で重要な役割を果たす。本研究では、運動論的輸送コードであるTASK/FPを用いて熱クエンチ時に発生する速度分布のテイル形成の影響を考慮した逃走電子電流と誘導電場の時間発展を自己無撞着に解析し、運動論的な効果による影響を評価する。

口頭

統合シミュレーションによるディスラプション研究の進展

矢木 雅敏; 松山 顕之; 奴賀 秀男; 相羽 信行; 石井 康友; 福山 淳*

no journal, , 

ディスラプション研究における現状を実験的観点やデモ設計の観点から簡単に紹介した後、ディスラプション制御に向けた理論・シミュレーション研究の現状を述べる。逃走電子のシミュレーションやディスラプション制御をめざした統合シミュレーションの進展状況を紹介する。あわせてディスラプション研究の吃緊の課題を議論する。

口頭

ディスラプション・逃走電子のシミュレーション研究

松山 顕之; 矢木 雅敏; 相羽 信行; 奴賀 秀男; 石井 康友

no journal, , 

ITERにおいてディスラプションの予測および回避とともに、ディスラプション発生に伴う装置負荷の緩和が喫緊の研究課題となっている。本講演ではこれまでプラズマ理論シミュレーショングループで進めてきたディスラプションのシミュレーション研究、特に逃走電子を取り扱うためのシミュレーションコードの開発の現状を報告する。加えて将来課題として、非線形MHDおよび1.5次元輸送コードを用いた熱クエンチ現象、垂直移動現象(VDE)およびハロー電流を取り扱うためのコード開発の見通しについても触れる予定である。

口頭

Fokker-Planck simulation of runaway electron generation in Tokamak disruptions

奴賀 秀男; 松山 顕之; 矢木 雅敏; 福山 淳*

no journal, , 

ITERを含む将来の大型トカマクでは、ディスラプション時に発生する大量の逃走電子が第一壁と衝突することによって装置寿命に悪影響を及ぼすと考えられている。したがって、逃走電子発生のメカニズムを明らかにすることはディスラプション制御手法を開発する上で重要な役割を果たす。本研究では、運動論的輸送コードであるTASK/FPを用いてトカマクプラズマの熱クエンチ時に発生する逃走電子の生成過程を速度分布のテイル形成の影響を考慮した逃走電子電流と誘導電場の時間発展を自己無撞着に解析し、運動論的な効果を考慮して評価する。

口頭

トカマクにおけるディスラプション時の逃走電子生成過程のフォッカープランクシミュレーション

奴賀 秀男; 松山 顕之; 矢木 雅敏; 福山 淳*

no journal, , 

ITERを含む将来の大型トカマクでは、ディスラプション時に発生する大量の逃走電子が壁や炉内の機器と衝突することによる装置の損傷が懸念されており、逃走電子発生のメカニズムを明らかにすることはディスラプション制御手法を開発する上で重要な役割を果たす。また、ディスラプション時における逃走電子生成過程では、熱クエンチによる急速な温度変化が非熱的な現象を引き起こすため、これを考慮した運動論的な逃走電子生成シミュレーションが必要とされる。本研究では、運動論的輸送コードであるTASK/FPを用いてトカマクプラズマの熱クエンチ時に発生する逃走電子の生成過程を速度分布のテイル形成の影響を考慮した逃走電子電流と誘導電場の時間発展を自己無撞着に解析し、運動論的な効果を考慮して評価する。

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