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報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度計画書(平成27年度)

梅田 浩司; 安江 健一; 國分 陽子; 丹羽 正和; 浅森 浩一; 藤田 奈津子; 清水 麻由子; 松原 章浩; 田村 肇; 横山 立憲; et al.

JAEA-Review 2015-019, 42 Pages, 2015/09

JAEA-Review-2015-019.pdf:4.64MB

本計画書は、高レベル放射性廃棄物の地層処分における地質環境の長期安定性に関する研究について、第3期中長期計画期間(平成27年度-平成33年度)における平成27年度の研究開発計画である。本計画の策定にあたっては、「地質環境の長期安定性に関する研究」基本計画-第3期中長期計画に基づき、第2期中期計画期間(平成22年度-平成26年度)における研究開発の成果、関係研究機関の動向や大学等で行われている最新の研究成果、実施主体や規制機関のニーズ等を考慮した。研究の実施にあたっては、最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針等の検討・策定に研究成果を適時反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで研究開発を推進していく。

報告書

「地質環境の長期安定性に関する研究」基本計画; 第3期中長期計画(平成27年度$$sim$$平成33年度)

梅田 浩司; 安江 健一; 國分 陽子; 丹羽 正和; 浅森 浩一; 藤田 奈津子; 清水 麻由子; 島田 顕臣; 松原 章浩; 田村 肇; et al.

JAEA-Review 2015-012, 43 Pages, 2015/08

JAEA-Review-2015-012.pdf:1.24MB

本計画書は、深地層の科学的研究のうち、「地質環境の長期安定性に関する研究」における今後7か年(第3期中長期計画期間、2015年度$$sim$$2021年度)の基本計画である。本計画の策定にあたっては、関係研究機関の動向や大学などで行われている基礎研究を精査した上で、関係法令や報告に留意しつつ、研究の基本的な考え方、研究の方向性、研究課題、達成目標、推進方策などを取りまとめた。さらに、実施主体や規制機関の様々なニーズのうち重要性と緊急性を考慮して研究計画の重点化を図った。なお、第3期中長期計画では、調査技術の開発・体系化、長期予測・影響評価モデルの開発、年代測定技術の開発の3つの枠組みで研究開発を推進していく。

論文

First-principles calculation on screw dislocation core properties in BCC molybdenum

清水 大志; 尾方 成信*; 君塚 肇*; 叶野 琢磨; Li, J.*; 蕪木 英雄

Journal of the Earth Simulator, 7, p.17 - 21, 2007/06

Predicting atomistic properties of a dislocation is a first step toward an understanding of plastic behavior of materials, in particular BCC metals. The core structure and Peierls stress of a screw dislocation in BCC metals have been studied over the years using the first-principles and empirical methods, however, their conclusions vary due to the inefficiency of the methods. We have executed first-principles calculations based on the density functional method, employing the most accurate 1$$times$$1$$times$$20 k-point samplings, to determine the core structure and Peierls stress of the $$a_0$$/2[111] screw dislocation of molybdenum. We have concluded that the core has a 6-fold structure, and determined the Peierls stress of 1.8 GPa for the simple shear strain along the ($$bar{1}$$10) $$<$$111$$>$$ direction.

論文

Molecular dynamics study on the formation of stacking fault tetrahedra and unfaulting of Frank loops in FCC metals

門吉 朋子; 蕪木 英雄; 清水 大志; 君塚 肇*; 實川 資朗; Li, J.*

Acta Materialia, 55(9), p.3073 - 3080, 2007/05

 被引用回数:39 パーセンタイル:12.52(Materials Science, Multidisciplinary)

分子動力学法により、FCC金属中の積層欠陥正四面体が、不等辺六角形転位ループから形成されることを確かめた。また、格子間原子型のフランクループ及び原子空孔型のフランクループが、外部せん断応力や温度によって完全転位ループに遷移する過程を詳細に解析し、完全転位化に温度が重要な役割を果たしていることを明らかにした。

論文

Beam-palarization asymmetries for the $$p$$($$overrightarrow{gamma}$$,$$K$$$$^{+}$$)$$Lambda$$ and $$p$$($$overrightarrow{gamma}$$,$$K$$$$^{+}$$)$$Sigma$$$$^{0}$$ reactions for $$E$$$$_{gamma}$$=1.5-2.4 GeV

Zegers, R. G. T.*; 住浜 水季*; Ahn, D. S.*; Ahn, J. K.*; 秋宗 秀俊*; 浅野 芳裕; Chang, W. C.*; Dat$'e$, S.*; 江尻 宏泰*; 藤村 寿子*; et al.

Physical Review Letters, 91(9), p.092001_1 - 092001_4, 2003/08

 被引用回数:124 パーセンタイル:4.61(Physics, Multidisciplinary)

$$E$$$$_{gamma}$$=1.5-2.4GeVで$$p$$($$overrightarrow{gamma}$$,$$K$$$$^{+}$$)$$Lambda$$,$$p$$($$overrightarrow{gamma}$$,$$K$$$$^{+}$$)$$Sigma$$$$^{0}$$反応に対するビーム偏極非対称が初めて測定された。この結果は未決定のハドロン共鳴や反応機構解明に用いられる。

論文

Evidence for a narrow $$S$$ = +1 Baryon resonance in photoproduction from the neutron

中野 貴志*; Ahn, D. S.*; Ahn, J. K.*; 秋宗 秀俊*; 浅野 芳裕; Chang, W. C.*; 伊達 伸*; 江尻 宏泰*; 藤村 寿子*; 藤原 守; et al.

Physical Review Letters, 91(1), p.012002_1 - 012002_4, 2003/07

 被引用回数:980 パーセンタイル:0.11(Physics, Multidisciplinary)

$$K^{+}$$$$K^{-}$$の両粒子を前方で測定することにより、$$^{12}$$Cを標的にした$$gamma$$n $$rightarrow$$ $$K^{+}$$$$K^{-}$$n光反応を研究した。1.54GeV/C$$^{2}$$に25MeV/C$$^{2}$$以下の幅の鋭いバリオン共鳴ピークを観測した。この共鳴ピークのストレンジネス($$S$$)は+1であった。この状態は5つのクォーク($$uudd bar{s}$$)が$$K^{+}$$と中性子に崩壊した状態であると解釈される。

論文

並列分子動力学ステンシルの開発

清水 大志; 君塚 肇*; 蕪木 英雄; 荒川 忠一*

計算工学講演会論文集, 7(1), p.163 - 166, 2002/05

分子動力学法は現実の物質系をミクロなレベルからシミュレーションする手法であり、ニュートンの運動方程式を直接決定論的に数値積分することにより、系の静的な特性とともに動的な特性を求めることができる。分子動力学法シミュレーションにおいて最も計算時間を要する部分は一般的に原子間の相互作用の計算であり、大規模なシミュレーションを行なうには相互作用のカットオフにより計算コストを減らす高速化手法を用いることが必要である。また、今日では計算の高速化や大容量のメモリを確保するのに並列計算が有効である。われわれは、並列化やカットオフによる高速化などのシミュレーション手法を記述するプログラムの機能単位を切り分け、これらを再構成することにより並列分子動力学ステンシルを開発した。並列分子動力学ステンシルを利用すると、並列化手法及びカットオフによる高速化手法について意識することなくプログラミングを行なうことが可能である。本論文では、並列分子動力学ステンシルの設計及び性能について報告する。

論文

並列分子動力学ステンシルの開発

清水 大志; 君塚 肇*; 蕪木 英雄; 荒川 忠一*

日本計算工学会論文集, 4, p.225 - 230, 2002/04

分子動力学法(MD)シミュレーションにおいて最も計算時間を要する部分は一般的に原子間の相互作用の計算である。各原子に作用する力を単純なアルゴリズムで計算するとペアを検索するコストが対象とする系の原子数の2乗に比例することから、短距離力の系について大規模なシミュレーションを行なう際は、粒子間に作用する力にカットオフを設定して計算コストを減らすカットオフ手法を用いることが必須となっている。また、計算の高速化や大容量のメモリを確保するのに並列計算が有効である。われわれは並列化などのシミュレーション手法の記述と系の性質の記述が分離した、見通しの良いプログラムを作成する枠組みとして並列分子動力学ステンシルを開発した。並列分子動力学ステンシルは、原子間相互作用を計算するプログラムを対象となる系の性質(モデル)の記述のみとなることを実現している。

論文

ベクトル計算機における固体MD計算の高速化

板倉 憲一; 横川 三津夫; 清水 大志; 君塚 肇*; 蕪木 英雄

情報処理学会研究報告2001-HPC-88, p.67 - 72, 2001/10

地球シミュレータは、640の計算ノードを持ち理論ピーク性能は40Tflop/sである。プロセッサノードはピーク性能8Gflop/sのベクトルプロセッサ8個,16GBの共有メモリから構成される。本研究では地球シミュレータの計算ノードによる固体分子動力学法の計算プログラムのベクトル化と並列化を行い性能評価を行った。分子動力学法では、カットオフ半径内の粒子が互いに影響を与え、その粒子ペアを行列を用いて表現することができる。ベクトル化に際して、この行列表現にcompressed row formとjagged diagonalformを考える。jagged diagonal formはベクトル長がcompressedrow formよりも長くできるので、ベクトル化により適している。しかし、標準的な粒子対の情報からjagged diagonal formに変換するには時間がかかるため、全体の性能はより簡単なcompressedrow fromよりも低下した。compressed row formでは8CPUでの並列化により2.4から2.7倍のスピードアップとなった。

論文

並列数値計算ライブラリ「PARCEL」; 構造解析計算による性能評価

山田 進; 清水 大志; 今井 隆太*; 君塚 肇*; 加治 芳行; 蕪木 英雄

計算工学講演会論文集, 6(1), p.233 - 236, 2001/05

日本原子力研究所では科学技術計算に比較的多くあらわれる基本的な数値計算である連立一次方程式の反復法,固有値問題,フーリエ変換,擬似乱数生成の各ルーチンについて、メッセージパッシングを用いた並列計算ルーチンを開発している。この並列計算ルーチン群は並列数値計算ライブラリPARCEL(Parallel Computing Elements)として公開されており、実際に数多くの国内外の大学等の研究機関で利用されている。本研究では、PARCELの連立一次方程式の反復解法を用いてベクトル並列計算機上で構造解析を行い、その結果からデータの格納法や前処理等についての並列性能を評価した。

論文

Measurement of gas bremsstrahlung at the SPring-8 insertion device beamline using PWO scintilator

浅野 芳裕; 松村 徹; 千葉 竜一*; 橋本 朋幸*; 三浦 明夫*; 清水 肇*; 田島 靖久*; 吉田 浩司*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 451(2), p.658 - 696, 2000/11

PbWO$$_{4}$$シンチレーターを用いてSPring-8蓄積電子と残留ガスとの相互作用の結果、発生するガス制動放射線を測定した。その結果、従来この種の測定に用いられていた鉛ガラスよりエネルギー分解能が3倍程良いことが観測された。測定は蓄積電子状態の異なる2本のビームラインで行われ、ビームラインに混入してくるガス制動放射線が蓄積電子ビーム状態に大きく影響を受けることが観測された。また、そのときのガス制動放射線のパワーや線量当量についても議論がなされた。

論文

Parrallel molecular dynamics simulation on elastic properties of solid argon

清水 大志; 君塚 肇*; 蕪木 英雄; Li, J.*; Yip, S.*

Proceedings of 4th International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications (SNA 2000) (CD-ROM), 10 Pages, 2000/09

並列分子動力学(MD)について、さまざまな並列化手法やカットオフを用いた計算の効率化手法を組み合わせたシミュレーションをプログラムするのは簡単ではない。われわれは大規模な並列MDシミュレーションのためのプログラムの基本パターンである「並列分子動力学ステンシル」を開発した。本ステンシルは並列化手法や効率化手法を分離し、プログラム作成者がシミュレーション自体に専念できるように設計されている。プログラムの全体はC言語とMPIを用いるが、各MPI関数の呼び出しはプログラム作成者から隠蔽されている。本論文では並列MDステンシルを用い15~75Kの固体アルゴン(結晶状態及びアモルファス状態)に関して500~1,000,000原子を用いたシミュレーションを行い、その弾性について研究した。

論文

並列分子動力学ステンシル; シミュレーションプログラムと並列化プログラムの分離

清水 大志; 君塚 肇*; 蕪木 英雄

計算工学講演会論文集, p.361 - 364, 2000/05

大規模数値シミュレーションの分野において並列計算は必須の手法となっているが、並列計算機ではプロセッサ間のデータ転送の記述等、逐次計算機では見られなかったプログラム作成の難しさがある。物質、材料、生体などの分野において需要の高い大規模分子動力学法の並列化においてはシミュレーションの計算手法と並列化の手法が密接にかかわるように書かれ、非常に複雑になってしまうことが多い。並列分子動力学ステンシルは、これらを分離することで、見通しの良いシミュレーションプログラムを作成する枠組みを提供するものである。また、この枠組みに沿ってプログラミングを行う際に利用可能な部品をライブラリとして用意した。

論文

並列数値計算ライブラリ「PARCEL」; 科学技術計算プログラムの並列化

山田 進; 清水 大志; 小林 謙一*; 君塚 肇*; 岸田 則生*; 蕪木 英雄

計算工学講演会論文集, p.369 - 372, 2000/05

日本原子力研究所で開発した並列数値計算ライブラリ「PARCEL」を紹介する。このライブラリは係数行列が疎行列であるような連立一次方程式の反復解法、実対称及びエルミート行列の固有値の計算、模擬一様乱数の生成ルーチン及び高速フーリエ変換のルーチンから構成されている。また、PARCELの各ルーチンはFORTRAN77及びMPIを用いて記述されており、さまざまな計算機上で利用できる特長を持っている。さらに、演算の分割や通信と計算のオーバーラップなどの工夫により優れたスケーラビリティを持つようにプログラムされている。そこで、このルーチンのスケーラビリティを調べるため、実際に並列計算機を用いて実行した結果、優れたスケーラビリティを持つことが確認できた。

論文

Molecular dynamics analysis of negative poisson ratios over the $$alpha$$-$$beta$$ transition in cristobalite, SiO$$_{2}$$

君塚 肇*; 蕪木 英雄; 清水 大志; 木暮 嘉明*

Progress of Theoretical Physics Supplement, (138), p.229 - 233, 2000/04

二酸化ケイ素(SiO$$_{2}$$)の代表的な多形の一つであるクリストバライトは、ポアソン比が負を示す(縦方向に圧縮すると横方向に縮み縦方向に引っ張ると横方向に伸長する)という特異な弾性的性質を持つことで知られている。しかしその温度依存性に関する情報はわれわれが知る限り皆無である。そこでわれわれは相転移領域を含んだ300-1800Kの温度領域の断熱弾性定数を平衡分子動力学法によりゆらぎの式を用いて求めた。その結果、クリストバライトは上記の温度範囲全体でポアソン比は負を示し、また低温($$alpha$$)相と高温($$beta$$)相の間ではその機構は異なることが判明した。

論文

High heat load test of molybdenum

田辺 哲朗*; 藤野 道彦*; 野口 宏*; 八木 康文*; 平野 洋一*; 清水 肇*; 秋場 真人; 荒木 政則; 久保田 雄輔*; 宮原 昭*

Journal of Nuclear Materials, 200(1), p.120 - 127, 1993/03

 被引用回数:9 パーセンタイル:31.49(Materials Science, Multidisciplinary)

次期核融合実験炉用プラズマ対向機器表面材料として、幾つかの材料が検討されている。本報では、溶融型モリブデンについて、電子及びイオンビームによる熱衝撃試験を行い、溶融層の構造変化を調べた。溶融型Moは従来の粉末焼結型Moに比べ、結晶粒が大きく、延性が良いこと、不純物が少ないこと等の性質を有している。以下に主要結果を示す。(1)電子ビーム照射試験において、溶融型Moと粉末焼結型Moでは表面損傷状態に大きな違いがある。溶融型Moでは、多少の損傷は確認されたが、単結晶性は表面溶融後においても残っているのに対し、粉末焼結型Moでは、多数のクレータ痕が表面に生じた。これは、粉末焼結型Mo内に残っている不純物ガスによるものと考えられる。(2)電総研核融合実験装置において、Moリミターを採用したことにより、従来得られていた黒鉛リミターでのプラズマ閉じ込め特性と比べ、その特性が改善された。

口頭

第一原理手法によるBCC転位芯の解析; 地球シミュレータを用いた精密計算

清水 大志; 尾方 成信*; 君塚 肇*; 叶野 琢磨; 蕪木 英雄

no journal, , 

金属の塑性及び水素脆化等の環境に依存する応力腐食割れ等の原因を探るためには、金属結晶中に存在する欠陥の一つである転位の構造,移動するのに必要な力(パイエルス応力)を決定することが要求される。弾性体理論等のマクロな理論では、転位周囲のひずみ場等はよく記述できるが、水素等他の不純物と転位の相互作用で決定的な役割を果たす転位芯の部分は記述することができない。一方、分子動力学法により転位芯の性質を記述することが可能であるが、経験ポテンシャルの妥当性が十分でなく、そこで決定されるエネルギーの精度も低い。そのため原子間の力を現象論的なパラメータを入れずに計算できる第一原理手法による転位構造の決定が最も望まれている。しかし、第一原理計算においては、取り扱える粒子数が少なく、またk空間の点を十分とった計算が困難なため、決定的な結果が出ていないというのが現状である。われわれは、BCC金属であるモリブデン(Mo)中のらせん転位の芯の構造及びパイエルス応力を過去最大の粒子数及びk空間の点の数を用いた第一原理計算により決定した。転位芯については、計算手法により3回と6回対称と2つの構造が提案されていたが、精度の高い計算で6回対称構造であると結論づけることができた。また、パイエルス応力の値でも計算手法により2GPaから4GPaの間で混乱があったが、今回の高精度計算で1.8GPaと今までの計算で最も低い値であると決定できた。過去最大の第一原理計算では、粒子数100個,k空間の点数1$$times$$1$$times$$8であったが、今回は粒子数231個,k空間の点数1$$times$$1$$times$$20(一部2$$times$$2$$times$$40)を使用した計算により、収束性を十分に確かめて矛盾なく値を決定することができた。

口頭

たんぽぽ計画; [有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集]における微生物宇宙生存可能性の検討

横堀 伸一*; 河口 優子*; Yang, Y.*; 川尻 成俊*; 白石 啓祐*; 清水 康之*; 高橋 勇太*; 杉野 朋弘*; 鳴海 一成; 佐藤 勝也; et al.

no journal, , 

熱圏を周回するInternational Space Station (ISS)を利用し、極限環境における微生物存在の検証実験を行うことを計画している。超低密度エアロゲルを長期間曝露し、惑星間塵や宇宙デブリを含む微粒子を捕集する。捕集された微粒子とそれが形成する衝突痕に対して、微生物又は微生物関連生体高分子の検出を試み、ISS軌道での地球由来微生物の存在密度の上限を推定する。また、微生物を宇宙曝露することにより、微生物の宇宙環境での生存可能性と生存に影響を与える環境因子について推定を行う。宇宙曝露実験に用いる微生物として、現在、${it Deinococcus radiodurans}$(R1株とDNA修復系変異株), ${it D. aerius}$ TR0125, ${it D. aetherius}$ ST0316, ${it Nostoc}$ sp. HK-01, ${it Schizosaccharomyces pombe}$ JY3を検討している。実際の運用では、同装置は汎用曝露装置に固定され、きぼう与圧部エアロックからロボットアームによって同曝露部に設置され、一定時間曝露された後に再度同ルートで回収、有人帰還船に搭載して地球に帰還する予定である。

口頭

たんぽぽ計画[有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集]の準備状況と微生物宇宙生存可能性の検討

横堀 伸一*; 河口 優子*; Yang, Y.*; 川尻 成俊*; 白石 啓祐*; 清水 康之*; 高橋 勇太*; 杉野 朋弘*; 鳴海 一成; 佐藤 勝也; et al.

no journal, , 

地地球以外の天体に生命(又はその痕跡)を探そうとする研究、探査が盛んに行われるようになってくるとともに、「パンスペルミア仮説」が再考されている。そのようなパンスペルミアがそもそも可能であるかを検討するため、微生物の宇宙空間曝露実験による生命の宇宙空間での長期間生存可能性の検証が行われてきた。われわれは、ISS-JEM(国際宇宙ステーション・日本実験棟)曝露部上での微生物と生命材料となり得る有機化合物の天体間の移動の可能性の検討と微小隕石の検出及び解析実験を提案し[たんぽぽ:有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集]、2013年度に実験開始を実現するため、準備を進めている。超低密度エアロゲルを長期間(1年以上)曝露し、惑星間塵や宇宙デブリを含む微粒子を捕集するとともに、新規に開発したエアロゲルの利用可能性を検証する。捕集された微粒子とそれが形成する衝突痕(トラック)に対して、微生物又は微生物関連生体高分子(DNA等)の検出を試み、ISS軌道(高度約400km)での地球由来微生物の存在密度の上限を推定する。また、微生物を宇宙曝露することにより、微生物の宇宙環境での生存可能性と生存に影響を与える環境因子について推定を行う。

口頭

たんぽぽ(地球と宇宙空間の微生物と有機物の双方向伝播)WG報告; 微生物と有機物の宇宙曝露

横堀 伸一*; 小林 憲正*; 三田 肇*; 薮田 ひかる*; 中川 和道*; 鳴海 一成; 林 宣宏*; 富田 香織*; 河口 優子*; 清水 康之*; et al.

no journal, , 

現在準備を進めている国際宇宙ステーション(ISS)日本実験棟(JEM)の曝露部での宇宙実験「有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集(たんぽぽ)」の中の、微生物と有機物の宇宙曝露実験についてその進行状況を報告する。微生物宇宙曝露実験は、生物の長期宇宙生存可能性の検討、有機物宇宙曝露実験は、宇宙起源の生命の起原に関連する有機物の宇宙での変成を検討する。微生物、有機物の双方について、宇宙曝露サンプルをほぼ選定を終え、宇宙曝露実験に対する地上対照データの収集を引き続き進めている。また、これらのサンプルの宇宙曝露方法についても、検討を行っている。

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