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論文

Simulation of electron bunch generation by an ultrashort-pulse high-intensity laser-driven wakefield

山極 満; Bulanov, S. V.*; Esirkepov, T. Z.*; Koga, J. K.; 神門 正城; 上島 豊; 斎藤 寛二; 若林 大輔*

Laser Physics, 16(2), p.252 - 258, 2006/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:13.05(Optics)

超短パルス高強度レーザーが有限長のアンダーデンスプラズマ層を伝播する際に励起する航跡場による電子加速について、2次元粒子シミュレーションを行う。中強度から高強度のレーザー場に対して、電子のエネルギー分布を解析する。レーザーパルス長がプラズマ波長のほぼ半分程度となる電子密度に対して、レーザー強度の増大は密度構造に劇的な変化をもたらし、キャビティとバンチを生成する。さらに、位相空間において限局した高速電子成分が生じ、そのエネルギー分布の解析的表式についても論議する。

論文

論文アブストラクトから原子分子の状態の情報を検出,抽出する方法の研究

佐々木 明; 村田 真樹*; 金丸 敏幸*; 白土 保*; 井佐原 均*; 上島 豊; 山極 満

プラズマ・核融合学会誌, 81(9), p.717 - 722, 2005/09

科学論文のアブストラクト中の原子分子の状態を抽出して表示し、研究者の論文の内容の理解と、原子分子データの収集を支援するための、情報科学の成果を応用した新しいソフトウエアの開発について報告する。原子分子データは基礎科学,産業応用のいろいろなシミュレーションで利用されているが、多種,多量の原子分子データの収集,評価がこれまで問題であった。本研究では、電子化された論文アブストラクト中で、原子・イオン種,電子配置,微細構造などの固有情報が、特定の書式に従って記述されることに注目し、テキスト処理の技術を応用したプログラムを開発してそれらをほぼ確実に抽出できるようにした。本研究の成果を活用することにより、研究者による科学論文の内容の理解,原子分子データの収集,評価,データベース化を効率化する可能性について議論する。

論文

Spectral and dynamical features of the electron bunch accelerated by a short-pulse high intensity laser in an underdense plasma

Bulanov, S. V.; 山極 満; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 神門 正城; 上島 豊; 斎藤 寛二; 若林 大輔*

Physics of Plasmas, 12(7), p.073103_1 - 073103_11, 2005/07

 被引用回数:27 パーセンタイル:64.74(Physics, Fluids & Plasmas)

有限の長さのプラズマ中を伝播する短パルス高強度レーザーと電子に関する理論的考察及び2次元Particle in Cellシミュレーションについて報告する。色々なプラズマ密度での中-高強度照射による高速電子のエネルギースペクトルと空間エミッタンスを解析した。プラズマの航跡場の波長よりもレーザーのパルス幅が長い領域では、航跡場で加速された電子はさらに電磁波によって加速されることがわかった。

論文

科学の面白さを伝える; Science mediation projectの挑戦

上島 豊

地域研究交流, 21(1), p.2 - 5, 2005/06

国際数学・理科教育調査など多くのデータが我が国の青少年の科学技術離れを指摘している。これらの状況と時期を同じくして我が国の産業衰退が進んでいるため相関性が予期され、問題視されている。一部の大学教官や研究者などは高校生の科学技術への関心を喚起するためボランティアで講座などを開催して、その輪は確実にひろがっているが、ボランティア活動にとどまっているためその拡大スピードは遅々としている。われわれは、上記状況を改善するための制度が必要であると感じ、代表者がNPO法人けいはんな文化学術協会高橋克忠理事長、中核機関として財団法人関西文化学術研究都市推進機構を据え、NPO法人けいはんな文化学術協会,奈良先端科学技術大学院大学,大阪大学,国際電気通信基礎技術研究所,日本原子力研究所の6組織において一昨年度、科学技術振興調整費の政策提言として「サイエンスメディエーター制度の推進」を提案し、平成15年から2年間のプロジェクトとして採択された。本論文では、この「サイエンスメディエーター制度の推進」プロジェクトに関して解説する。

論文

西大和学園におけるSuper Science Highschoolの授業; プログラミング・可視化・VR教育の試み

上島 豊

i-Net, (13), p.6 - 9, 2005/05

国際数学・理科教育調査など多くのデータが青少年の科学技術離れを指摘している。文部科学省は、科学技術及び理科の理解増進を図るために「科学技術・理科大好きプラン」を立ち上げ、推進している。日本原子力研究所関西研究所では、「科学技術・理科大好きプラン」の柱の2つであるScience Partnership Program(SPP)及びSuper Science High-school(SSH)にかかわっている。平成14-16年度に渡り、奈良県SSH指定高校の西大和学園において可視化・バーチャルリアリティーをキーワードに物理,生物,情報,美術の最先端を横断的に学ぶ授業に挑戦した。本報告では、このSSHとの連携を通じて行った新しいスタイルの授業モデルの開発について紹介する。

論文

大規模シミュレーションを支援するPSE

上島 豊

PSE Book, p.69 - 82, 2005/03

さまざまな困難性を伴う発見探査的大規模シミュレーションを支援するためには、超並列計算機(スーパーコンピュータ),ファイルサーバ,バックアップサーバ,解析サーバ,データベースサーバ,Webサーバなどの各種専用サーバを連携して作業を行わせる大規模データマネージメントシステムが必要である。このシステムにより、多くの作業が自動化され、WebからのJOBの投入監視,リアルタイムモニタリングやシミュレーションデータのデータベース化を実現できる。このようなデータマネージメントシステムは、大規模シミュレーションの出力から創造的な結果を見いだすためにより効率的にかつ研究者の負担を小さい環境を提供するためのものであり、その意味で問題解決環境:PSEと呼ぶのにふさわしいシステムである。

論文

HP AlphaServer SCシステムの性能評価

堀越 将司*; 上島 豊; 久保 憲嗣*; 若林 大輔*; 西原 功修*

ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム(HPCS 2005)論文集, p.65 - 72, 2005/01

日本原子力研究所関西研究所に設置されている超並列コンピューターJAERI SSCMPPシステムの評価を行った。今回の評価により大規模システムにおいて、各SMPノードのすべてのプロセッサを使うとパフォーマンスの顕著な低下、特に通信周りの大幅な性能低下が起こり各ノードで1プロセッサを使わない場合よりも性能が劣ることが明らかになった。全プロセッサを使用する場合では、さまざまな試行により最大で15%程度の性能向上を得ることができた。しかしながら、各SMPノードで1プロセッサを使わない場合よりも良い性能を出すことはできなかった。ハイブリッド法(MPI/OpenMP)では、全プロセッサを使用した場合で最も良い性能を記録することができた。また、ハイブリッド法は、OpenMPの実装が向上すれば、さらなる性能向上が見込めることが明らかになった。

論文

西大和学園のSSHにおける3DAVS-Player及びPortable VRを用いた可視化・プログラミング教育の試み

上島 豊

可視化情報(CD-ROM), 24(Suppl.3), 6 Pages, 2004/10

青少年の科学・理科離れ抑止のため文部科学省が進めている「科学技術・理科大好きプラン」の中のSuper Science High-school(SSH)の指定高校と日本原子力研究所の連携が平成14-16年度に渡り行われている。その連携において新しいタイプの授業体系の開発を行っており、本論文では、その実践に基づく調査結果を報告する。奈良県SSH指定高校の西大和学園と日本原子力研究所において可視化・バーチャルリアリティーをキーワードに物理,生物,情報,美術の最先端を横断的に学ぶ授業に挑戦し、その結果、予想をはるかに超えた子供達の能力及び熱心さが見いだされた。また、可視化,バーチャルリアリティー技術を応用したCG製作を通じて、生徒達は、一つのテーマにかかわるさまざまな分野横断的背景を自分達で調べながら自立的に進んでいった。これは、現在専門化が進み、科学の孤立化が懸念される状況で分野横断的意識が醸成される手法としても注目すべきことである。そして、本授業の壁を乗り越えたことによる自信が「私達でもやればできる」という気持ちをうみ、他の授業などの取り組みでも積極性が向上するということが見いだされている。

報告書

第4回創造的研究のための大規模データマネージメントシンポジウム論文集; 2002年9月2日-4日,光量子科学研究センター,京都

上島 豊

JAERI-Conf 2004-003, 62 Pages, 2004/03

JAERI-Conf-2004-003.pdf:6.14MB

本報告書は、2002年9月2日から4日の3日間、京都の関西研究所光量子科学研究センターで開催された第4回創造的研究のための大規模データマネージメントシンポジウムの論文10本をまとめたものである。本シンポジウムは、民間及び公的研究機関の研究者及びその関係者が大規模データ処理や可視化を伴う実験や研究及びその基盤を支えるネットワークなどの大規模データマネージメントに関する最新の研究、技術について報告し、情報交流を行うことを目的としている。本シンポジウムの構成は、講演及びパネルディスカッション、実験室・スーパーコンピュータ施設見学、併設科学館であるきっづ光科学館ふぉとん見学とした。民間から7件、大学・研究機関から10件の合計17件の講演があり、参加者は、所外からの参加者95名を含む合計117名の参加があった。本シンポジウムは、計算科学及び光量子シミュレーション及び実験研究において重要である大規模データマネージメント技術の現状及び展望を示し、今後の研究指針を立てるうえで貴重な場となった。

論文

大規模シミュレーションをマネージメントする機能分散制御システム

上島 豊; 近藤 孝夫*; 磯貝 健太郎*

情報処理学会MPSシンポジウム論文集, 2003(14), p.151 - 158, 2003/10

大規模シミュレーションにおいて生成される大容量のデータをどのように扱い、どのように管理するかという問題は、最重要課題の一つである。研究者の多くが、シミュレーションや実験において、自らの経験であらかじめデータ出力を制限したり、処理をするデータを経験で限定したりすることで、データの洪水から研究の質を死守している。われわれは、上記問題に着眼して、この爆発増大するデータからより効率的に情報を取り出し、研究を推進するための仕組みの開発を行っている。その第一歩として、大規模シミュレーションに焦点を定め、研究過程で利用されるさまざまな作業を複合的に組合せ、実行,管理を行うシステムについて報告する。

報告書

可視化ツール整備; 3DAVS及び簡易VRシステム

武田 康宏*; 上島 豊

JAERI-Tech 2002-099, 28 Pages, 2003/01

JAERI-Tech-2002-099.pdf:5.07MB

昨今、大規模な計算機環境が利用できるようになり、より複雑な現象を扱うことも多くなりつつある。これにより多くのデータを扱う可視化作業もさらに重要性が求められている。データの可視化結果は、複雑な現象を伝える手段の1つであるが、現状を見る限りは、静止画や2次元動画を利用したものに留まっている。しかし可視化ソフトウェア自身は、3次元を利用したさまざまな表示を行うことが可能であり、これを十分に生かすツールが不足している。本報告書では、可視化処理後のデータ表現方法として、3DAVSと簡易VRシステムの2つの可視化ツールについて、紹介及び解説を行うものである。

論文

教育教材の新しい試みとして; 光速度の世界とバーチャルリアリティー,スターボウ

上島 豊

第8回ビジュアリゼーション・カンファレンス論文集(CD-ROM), 12 Pages, 2002/10

特殊相対性理論はアインシュタインが発見したことで有名である。それは、超高強度レーザーと物質の相互作用に関する我々の研究において最も重要な理論の1つである。その理論の名前はよく知られているが、その世界を理解することは非常に難しい。それゆえ、相対性理論の世界を体験するためのソフトウェアをOPENGL Scene GraphというOPEN SOURCEのライブラリを用いて開発した。このソフトウェアは、通常の表示方式の他に偏光フィルター方式の簡易バーチャルリアリティー表示モードにも対応している。このソフトウェアを使うと相対論効果による視野のひずみ現象やドップラーシフトなどを体験することができる。これらの相対論的現象は、グラフや式では理解することが難しい。このソフトウェアと簡易バーチャルリアリティー装置を使い、いしかわe-サイエンス2002と原研木津サイエンスキャンプ2002のほか多くの原研木津地区の見学者に対して特殊相対性理論の世界を紹介し、多くの人に興味を持っていただいた。

論文

時の彼方からよみがえるウランガラスの輝き; 弱電離気体中に置かれたウランガラスからの蛍光発生

西村 昭彦; 上島 豊; 田島 俊樹; 佐々木 亜衣*

原子力eye, 48(9), p.42 - 43, 2002/09

ウランガラスは原子力,光技術,美術工芸のそれぞれに深くかかわる研究対象である。ここでは原子力技術の関係者に対して、光技術と美術工芸としてのウランガラスの魅力を紹介した。ウランイオンを含むガラスは紫外線を受けて緑黄色の蛍光を発することから、ラジウム発見以前にウランはガラスの着色剤として大量に使用された。歴史的にはX線発見の以前に、放電による電子衝突励起を用いてウランガラスを発光させる試みがJohn Peter Gassiot(1797-1877)により行われた。この歴史的な実験の再現のため、空気の弱電離プラズマ内にウランガラスで作製したゴブレットを置きその蛍光を観察した。ガラス製容器の中にウランガラス製のゴブレットを置き、容器内部を減圧しテスラコイルにより放電させた。真空度が1Torrにおいて赤紫色の発光がついにウランガラスのゴブレットの縁から溢れ出るように広がった瞬間を捕らえることができた。緑黄色の発光は530nm近傍に第1ピークを有し、超高ピーク出力レーザーのレーザー媒質のチタンサファイアの励起波長に一致することが明らかとなった。現在はネオジウムガラスレーザーの2倍高調波によりチタンサファイアの励起が行われているが、ウランガラスも同じ波長の蛍光を発する。

論文

光の世界へご招待

上島 豊; 西村 昭彦

いしかわ e-サイエンス 2002教科書, 32 Pages, 2002/07

空気よりも身近な「光」、しかし、一歩踏み込むと現在の最先端物理まで巻き込む非常に興味深い対象である。光の正体が明らかになりつつあった頃の理論・実験に関して現代技術を駆使して再現し、(1)ガリレイの相対性原理とアインシュタインの特殊相対性理論,(2)光の速度測定,(3)光の偏光性,(4)最新のバーチャルリアリティー装置,(5)バーチャルリアリティー装置を使った光の世界体験、を中心に理解を深めることを目的とする。本講演では、その光の歴史と本質について迫り、その奥行きのある世界を高校生に垣間見てもらう。

論文

Proton and ion acceleration by an ultra-shortpulse sub peta-watt laser in deformed double-layer thin foils

上島 豊; 千徳 靖彦*; 岸本 泰明

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 455(1), p.181 - 184, 2000/11

 被引用回数:17 パーセンタイル:72.09(Instruments & Instrumentation)

超高強度極短パルスレーザーの実現により、その極めて高い電磁場と固体密度物質との非線形相互作用過程から、高線量のイオンを発生することができる可能性がある。レーザー遮断密度以上のプラズマ(薄膜)における陽子やイオン加速について2D3V-PIC(Particle in Cell)シミュレーションで調べた結果、イオンの加速状態や効率し、レーザー強度だけでなく、レーザーのバルス形状や薄膜の形状や構成物質の違いにより大きく変化することがわかった。水素単層のターゲットに400TW級レーザーを照射した場合、イオンは、加速されるものの四方に飛び散り、加速イオンの数も少ないものであった。しかし、アルミニュウムの薄膜の裏面に水素をコーティングした凸型の二重層薄膜を照射すれば、水素はほぼ全量前方に加速され100MeV程度のエネルギーに達することを見いだした。

報告書

Paragon上での入出力プログラミングガイド

上島 豊; 荒川 拓也*; 佐々木 明; 横田 恒*

JAERI-Data/Code 99-051, p.23 - 0, 2000/01

JAERI-Data-Code-99-051.pdf:0.98MB

日本で100並列を越える並列計算が、実際に行われるようになったのは、つい数年ほど前からである。日本原子力研究所(原研)のIntel製Paragon XP/S 15GP256$$<$$那珂研究所$$>$$、75MP834$$<$$関西研究所$$>$$は、本格的超並列計算機の先駆けとして光量子、核融合の大規模、超並列計算を目的に導入されている。これらの計算機を使って超並列計算を行うためは、多くの超並列計算プログラムが移植や新規作成されている。これらのプログラムは、従来、ワークステーションやベクトル計算機上で動作していたものをそのまま移植したものか、並列用にアルゴリズムの変更を施したものである。異なる計算機及びオペレーティングシステム(OS)のもとでのプログラム開発には、細心の注意とノウハウが必要であるが、Paragonに到ってはユーザ数が極めて少ないため、ノウハウの集積と環境の標準化が大変困難な状況にある。原研関西研究所におけるParagon XP/S 75MP834上での超並列計算プログラム開発において得た情報をParagon上でのスカラー超並列プログラム開発ガイドとしてJAERI-Data/Code 98-030にまとめた。本報告書では、超並列計算機が持つ特殊性が際立つ入出力周りにテーマを限定して、より高速かつ安定に入出力を実行できる方法をFortranとCのプログラム実例入りで解説する。

論文

Applications of inner-shell ionization driven by high intensity laser

森林 健悟; 佐々木 明; 上島 豊; 田島 俊樹

NIFS-PROC-44, p.164 - 165, 2000/01

高輝度X線で励起した内殻励起状態から発生するX線の応用に関して考察した。いろいろなレーザー強度やプラズマ密度、標的物質とその密度の条件を考慮して得られる内殻電離X線レーザーの性質を検討した。Cowanのコードを用いて求めたエネルギーレベル、輻射遷移確率、自動イオン化率と経験則に基づく光電離断面積を用いて考察したところ、ナトリウム蒸気を標的とすると、10$$^{10}$$w/cm$$^{2}$$の強度のX線では、内殻励起状態しか生成しないが、10$$^{13}$$w/cm$$^{2}$$以上の強度では、電子衝突や輻射過程で消滅するよりも早く次々に内殻励起が起こるので、2P副殻に電子を0個から5個まで持つ中空原子が同時に生成する可能性を明らかにした。さらに10$$^{13}$$w/cm$$^{2}$$の強度のX線を照射すれば、多重内殻電離により、10~38nmの波長をもつX線レーザーが発振する可能性を明らかにした。

論文

Application of X-ray emission from inner-shell excited states and hollow atoms produced by high intensity laser irradiation

森林 健悟; 佐々木 明; Zhidkov, A. G.; 上島 豊; 周藤 佳子*; 香川 貴司*

Atomic Collision Research in Japan, No. 26, p.111 - 113, 2000/00

最近の高強度レーザーの発展に伴い、高輝度X線、高速電子、多価イオンなどの新しい励起源が利用できるようになりつつある。これらが固体や蒸気と相互作用すると内殻励起状態や中空原子を生成し、それからX線が発生する。今回は、このX線発生の原子過程とそれを用いた応用に関して議論する。高輝度X線源の場合は、マグネシウム蒸気を標的として場合の内殻電離型、中空原子型X線レーザーの実験系を提案した。高速電子源の場合は、内殻励起状態と中空原子のポピュレーションとレーザー強度との関係で計算した。多価イオン源の場合は、X線発生の原子過程が超高速(1fs程度)で起こること、及び、X線への変換効率は約0.03で高効率であることを明らかにした。10Jのレーザーを用いたとき発生するX線の個数は約10$$^{11}$$個と見積もられた。これはX線源として十分に機能する。

論文

Inner-shell ionization and hollow atom X-ray lasers driven by high-intensity laser

森林 健悟; 佐々木 明; 上島 豊

High-power Lasers in Energy Engineering (Proceedings of SPIE Vol.3886), p.634 - 641, 2000/00

内殻励起状態や中空原子からの輻射遷移を用いたX線レーザーの物理的過程を考察し、実験に必要なレーザーの出力、プラズマパラメーター等を示す。内殻励起状態、中空原子を作るために必要な高輝度X線源は高出力短パルスレーザーをプラズマや薄膜との相互作用から生じるX線を用いる。原子過程に関しては、2つのコード(CowanのコードとDecluaxのコード)を用いて計算して、これらの原子データの精度を吟味する。さらに、原子過程を高精度に取り扱うために電子衝突電離の断面積に対して精度の高い経験則を用いる。

論文

Large-scale simulation system and advanced photon research

上島 豊; 岸本 泰明

Proceedings of 3rd International Symposium on High Performance Computing, p.524 - 534, 2000/00

'Intel Paragon XP/S 75MP834'にチューニングしたProgressive Parallel Plasma (P$$^{3}$$) 2D codeを開発した。この計算機は834のノードからなり、総合性能は120GFLOPSである。それぞれのノードには1つの通信用CPUと2つの計算用CPUをもち、128MBのメモリを搭載している。この計算機の能力を十分に引き出すために、P$$^{3}$$コードは、Variable dimension法で省メモリ・集中管理プログラミングを行い、従来の大規模計算で行っていたベクトルプログラミングをスカラプログラミングに変更することでキャッシュヒット率を向上させている。また、ノード内の2CPUを高効率で動作させるためのメモリ排他制御プログラミングや入出力を40倍以上向上させる並列入出力技法を取り入れている。この結果、53ナノ秒/粒子/ステップ(実効42GFLOPS=理論性能の35%)という、高速計算を達成した。また、計算後のデータ転送、解析処理、画面表示まで自動に制御するシステムを実装している。

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