Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
前山 伸也*; 渡邉 智彦*; 仲田 資季*; 沼波 政倫*; 朝比 祐一; 石澤 明宏*
Nature Communications (Internet), 13, p.3166_1 - 3166_8, 2022/06
被引用回数：11 パーセンタイル：93.39(Multidisciplinary Sciences)乱流輸送は、磁場閉じ込め核融合プラズマを閉じ込めるための重要な物理過程である。最近の理論的,実験的研究により 小さい(電子)スケールと大きい(イオン)スケールの乱流の間にクロススケールの相互作用が存在することが明らかにされている。従来の乱流輸送モデルではクロススケール相互作用が考慮されていないため、将来の核燃焼プラズマ実験においてクロススケール相互作用を考慮する必要があるかどうかを明らかにする必要がある。核燃焼プラズマ実験では、核融合で生まれたアルファ粒子によって高い電子温度が維持されるため、プラズマの性質が今まで実験されてきたものと大きく異なると予測される。本論文では、スーパーコンピュータを用いたシミュレーションにより、高電子温度プラズマにおける電子スケールの 電子温度プラズマの乱流は、電子だけでなく燃料や灰の乱流輸送にも影響を与えることを明らかにした。電子スケールの乱流は、イオンスケールの微小的不安定性の原因である共鳴電子の軌道を乱し、大きなスケールの乱流揺らぎを抑制する。同時に、イオンスケールの乱流渦も電子スケールの乱流を抑制する。これらの結果は 異なるスケールの乱流が互いに排他的であることを示す。また、クロススケール相互作用により、熱流束が減少する可能性を示す。
田中 泰貴*; 森田 浩介*; 森本 幸司*; 加治 大哉*; 羽場 宏光*; Boll, R. A.*; Brewer, N. T.*; Van Cleve, S.*; Dean, D. J.*; 石澤 倫*; et al.
Physical Review Letters, 124(5), p.052502_1 - 052502_6, 2020/02
被引用回数：19 パーセンタイル：81.08(Physics, Multidisciplinary)The excitation functions for quasielastic scattering of 
Ne+
Cm, 
Mg+Cm, 
Ca+
U are measured using a gas-filled recoil ion separator The quasielastic barrier distributions are extracted for these systems and are compared with coupled-channel calculations. The results indicate that the barrier distribution is affected dominantly by deformation of the actinide target nuclei, but also by vibrational or rotational excitations of the projectile nuclei, as well as neutron transfer processes before capture. From a comparison between the experimental barrier distributions and the evaporation residue cross sections for Sg (Z=106), Hs (108), Cn (112), and Lv (116), it is suggested that the hot fusion reactions take advantage of a compact collision, where the projectile approaches along the short axis of a prolately deformed nucleus. A new method is proposed to estimate the optimum incident energy to synthesize unknown superheavy nuclei using the barrier distribution.
= 100 with a multireflection time-of-flight mass spectrograph伊藤 由太*; Schury, P.*; 和田 道治*; 新井 郁也*; 羽場 宏光*; 平山 賀一*; 石澤 倫*; 加治 大哉*; 木村 創大*; 小浦 寛之; et al.
Physical Review Letters, 120(15), p.152501_1 - 152501_6, 2018/04
被引用回数：60 パーセンタイル：93.36(Physics, Multidisciplinary)冷たい核融合反応および熱い融合反応によって生成した変形閉殻中性子数152の近傍に位置する原子核
Es, 
Fm、および超フェルミウム原子核
Md, 
Noの質量の直接測定を、多反射時間飛行質量分析装置(MR-TOF)を用いて実施した。Esおよび
Mdの質量測定は世界で初めての成果である。さらに
Mdの質量を
崩壊連鎖のアンカーポイントとして用いて
Bhおよび
Mtまでの重い原子核の質量を決定した。これらの新測定された質量を理論質量計算と比較し、巨視的・微視的模型の予測値と良い一致が見られることを示した。近接する3つの質量値から求められる経験的殻ギャップエネルギー
を今回の質量値から求め、MdおよびLrに対する変形閉殻中性子数
の存在を裏付ける結果を得た。
田中 泰貴*; 成清 義博*; 森田 浩介*; 藤田 訓裕*; 加治 大哉*; 森本 幸司*; 山木 さやか*; 若林 泰生*; 田中 謙伍*; 武山 美麗*; et al.
Journal of the Physical Society of Japan, 87(1), p.014201_1 - 014201_9, 2018/01
被引用回数：18 パーセンタイル：74.47(Physics, Multidisciplinary)ガス充填型反跳生成核分離装置GARISを用いてCa + 
Pb, 
Ti + Pb, Ca + Cm反応系における準弾性散乱断面積の励起関数を測定した。これらのデータから融合障壁分布を導出し、チャンネル結合計算と比較した。Ca + Pb及びTi + Pb反応の障壁分布のピークエネルギーはそれらの反応系における2中性子蒸発断面積のピークエネルギーと良く一致し、一方Ca + Cm反応の障壁分布のピークエネルギーは4中性子蒸発断面積のピークエネルギーより少し下に現れることが判った。この結果は超重核合成の際の最適ビームエネルギーの予測に役立つ情報を与える。
前山 伸也*; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季*; 石澤 明宏*; 沼波 政倫*
Nuclear Fusion, 57(6), p.066036_1 - 066036_10, 2017/05
被引用回数：15 パーセンタイル：65.83(Physics, Fluids & Plasmas)電子およびイオン温度勾配(ETG/ITG)モードを含むマルチスケールプラズマ乱流を電磁的ジャイロ運動論シミュレーションによって調べた。非線形モード結合の3波移行解析により、電子スケールとイオンスケールのスケール間相互作用を明らかにした。この相互作用の1つは、イオンスケール乱流による電子スケール乱流の抑制である。ここで、ITGが駆動する短波長の渦がせん断流れのように作用し、ETG乱流を抑制する。もう一つのスケール間相互作用は、電子スケール乱流の存在下でのイオンスケール乱流の増大である。これは、短波長の帯状流によって引き起こされる。この帯状流はITG乱流における運動論的通過電子の応答によって生成され、剪断によってITG乱流を抑制し、ETG乱流によって減衰される。どちらの場合も、電子スケールとイオンスケールの間のサブイオンスケールの構造が、スケール間相互作用において重要な役割を果たす。
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。
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
Parallel Computing, 49, p.1 - 12, 2015/11
被引用回数：7 パーセンタイル：52.84(Computer Science, Theory & Methods)Optimization techniques of a plasma turbulence simulation code GKV for improved strong scaling are presented. This work is motivated by multi-scale plasma turbulence extending over multiple spatio-temporal scales of electrons and ions, whose simulations based on the gyrokinetic theory require huge calculations of five-dimensional (5D) computational fluid dynamics by means of spectral and finite difference methods. First, we present the multi-layer domain decomposition of the multi-dimensional and multi-species problem, and segmented MPI-process mapping on 3D torus interconnects, which fully utilizes the bi-section bandwidth for data transpose and reduces the conflicts of simultaneous point-to-point communications. These techniques reduce the inter-node communication cost drastically. Second, pipelined computation-communication overlaps are implemented by using the OpenMP/MPI hybrid parallelization, which effectively mask the communication cost. Thanks to the above optimizations, GKV achieves excellent strong scaling up to 
600 k cores with high effective parallelization rate 99.99994% on K, which demonstrates its applicability and efficiency toward a million of cores. The optimized code realizes multi-scale plasma turbulence simulations covering electron and ion scales, and reveals cross-scale interactions of electron- and ion-scale turbulence.
前山 伸也*; 井戸村 泰宏; 渡邉 智彦*; 仲田 資季*; 矢木 雅敏; 宮戸 直亮; 石澤 明宏*; 沼波 政倫*
Physical Review Letters, 114(25), p.255002_1 - 255002_5, 2015/06
被引用回数：90 パーセンタイル：95.14(Physics, Multidisciplinary)実イオン・電子質量比かつ実
値のマルチスケールジャイロ運動論的乱流シミュレーションをはじめて実現した。ここで、値はプラズマ圧力と磁気圧の比によって与えられ、微視的不安定性に対する電磁効果を特徴付ける。電子・イオンスケールのスケール間相互作用を明らかにするために両スケールにおける数値解析を行った。実質量比のスケール分離があっても、イオンスケール乱流が電子スケールストリーマを消去し、イオンだけでなく電子の熱輸送も支配する。また、イオンスケールモードが有限効果によって安定化される場合には乱流輸送への電子スケールダイナミクスの寄与は無視できなくなり、イオンスケール乱流輸送を増大させることがわかった。
渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 前山 伸也; 仲田 資季; 洲鎌 英雄*; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
Journal of Physics; Conference Series, 510, p.012045_1 - 012045_11, 2014/05
被引用回数：1 パーセンタイル：49.83(Computer Science, Interdisciplinary Applications)配位空間と速度空間を含む位相空間において分布関数と電磁場の揺らぎを伴うプラズマ乱流が発展する。磁場核融合プラズマにおける分布関数の詳細構造を超並列計算機上で実行されるジャイロ運動論シミュレーションによって明らかにした。ドリフト波乱流のジャイロ運動論シミュレーションによって位相空間におけるエントロピー移送、ヘリカル磁場による帯状流の増大と輸送低減を示した。最先端の高性能数値計算をイオンスケールと電子スケールを含むマルチスケール乱流シミュレーション、および、ITER規模の大域的乱流輸送シミュレーションに適用した。
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
Plasma and Fusion Research (Internet), 8, p.1403150_1 - 1403150_8, 2013/11
We extend our gyrokinetic Vlasov simulation code GKV to run efficiently on peta-scale supercomputers. A key numerical technique is the parallel Fast Fourier Transform (FFT) required for parallel spectral calculations, where masking of the cost of inter-node transpose communications is essential to improve strong scaling. To mask communication costs, computation-communication overlap techniques are applied for FFTs and transpose with the help of the hybrid parallelization of message passing interface and open multi-processing. Integrated overlaps including whole spectral calculation procedures show better scaling than simple overlaps of FFTs and transpose. The masking of communication costs significantly improves strong scaling of the GKV code, and makes substantial speed-up toward multi-scale turbulence simulations.
flows in helical plasmas渡邉 智彦*; 沼波 政倫*; 洲鎌 英雄*; 佐竹 真介*; 松岡 清吉*; 石澤 明宏*; 前山 伸也; 田中 謙治*
Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2012/10
Gyrokinetic simulation of ion temperature gradient turbulence and zonal flows for helical plasmas has been validated against the Large Helical Device experiments with high ion temperature, where a reduced modeling of ion heat transport is also considered. It is confirmed by the entropy transfer analysis that the turbulence spectrum elongated in the radial wavenumber space is associated with successive interactions with zonal flows. A novel multi-scale simulation for turbulence and zonal flows in poloidally-rotating helical plasmas has demonstrated strong zonal flow generation byturbulence, which implies that turbulent transport processes in non-axisymmetric systems are coupled to neoclassical transport through the macroscopic flows determined by the ambipolarty condition for neoclassical particle fluxes.
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
no journal, ,
To address multi-scale turbulence including temporal and spatial scales of electrons and ions, we extend our gyrokinetic Vlasov simulation code GKV to run efficiently on Peta-scale supercomputers. A key numerical technique is the parallel two-dimensional Fast Fourier Transform (FFT) required for evaluating the nonliear EB advection term, where masking of the cost of inter-node transpose communications is essential to improve strong scaling. To mask communication costs, overlaps of computations and transpose communications is implemented with the help of the hybrid parallelization of message passing interface and open multiprocessing. Integrated overlaps including FFTs and calculations of the nonlinear EB term show a better scaling than simple overlaps of transpose and FFTs. The masking of communication costs significantly improves strong scaling of the GKV code, and makes substantial speed-up toward multi-scale turbulence simulations.
渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*; 前山 伸也
no journal, ,
To address multi-scale turbulence simulations with high-resolutions in directions perpendicular to magnetic fields, it is necessary to parallelize perpendicular dynamics, which is solved by the spectral method with fast Fourier transform (FFT) algorithms in the GKV code. We have reported overlap methods of computations and communications for parallel 2D FFTs, and its impact on the computational costs. The results demonstrate that the integrated overlaps significantly improve strong scaling of the nonlinear EB term calculation in the GKV code. The newly-developed overlap methods are applicable if one finds independent multi-dimensional FFTs, e. g., fluid simulations including some unknowns like density, velocity and temperature.
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
no journal, ,
We have been developed the electromagnetic version of the gyrokinetic Vlasov simulation code GKV on the plasma simulator. The code has to solve both gyrokinetic ions and electrons, which leads expensive computational costs. Parallel two-dimensional FFT is recently implemented to speed up the GKV code. However, communication costs of data transpose become dominant and degrade the computational efficiency as the number of parallelization increases. To achieve more efficient computations, computation-communication overlap by means of the MPI/OpenMP hybrid parallelization is developed, which enables overlap of computations and blocking collective communications as well as non-blocking communications. We examine the effect of the overlap method on the computational cost and demonstrate the speed-up and improvement of the strong scaling of the GKV code.
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
no journal, ,
ジャイロ運動論とそれに基づく数値シミュレーションは磁場閉じ込めプラズマにおける乱流輸送現象の理解に大きく貢献してきた。これまでの多くのモデルではイオンと電子のスケール分離を仮定してきたが、近年の計算機性能の向上を受けて、イオンと電子の両方を同時に扱うマルチスケール乱流計算が可能になりつつある。本講演では、局所的ジャイロ運動論的シミュレーションコードのマルチスケール乱流計算に向けた超並列計算手法の開発成果として、並列高速フーリエ変換の高効率化と京コンピュータにおけるGKVの最適化について発表する。3次元トーラスネットワークに特化した通信最適化と通信と演算の同時処理の実装により、10万コアを超えるストロングスケーリングが達成された。
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
no journal, ,
To analyze multi-scale plasma turbulence in magnetically confined plasma, we have extended the gyrokinetic Vlasov simulation code GKV to run efficiently on the K computer. A key numerical technique is the speed up of the parallel two-dimensional (2D) Fast Fourier Transform (FFT) algorithms. MPI/OpenMP hybrid parallelization with 4D domain decomposition is newly implemented to use a large number of cores. Perpendicular dynamics is solved by using the spectral method with 2D FFTs, where the data transpose often degrades scalability. The MPI process mapping is optimized for the 3D torus inter-node network on the K computer, so that the transpose communications are performed among the neighboring nodes located in a 3D box shape. Additionally, overlaps of FFTs and data transpose are implemented by using OpenMP directives. Thanks to the developed methods, GKV achieves almost linear speed-up beyond 100k cores with high parallel efficiency about 99.9998 per cent.
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
no journal, ,
To extend strong scaling, we have optimized the gyrokinetic Vlasov simulation code GKV on the K computer. The segmented rank mapping on the 3D torus network is developed to minimize communication cost, and the computation-communication overlaps efficiently mask the communication cost. As a result, GKV shows good strong scaling up to 600 k cores and achieves significant speed up. By using the highly-optimized code, we have carried out plasma turbulence simulations from electron to ion scales. The results show that ion scale fluctuations mainly cause heat fluxes of not only ions but also electrons, even when employing the real ion-to-electron mass ratio. In addition, time evolution of the fluctuation spectra demonstrates the maximum scale of streamers in the electron-temperature-gradient-driven turbulence, beyond which the streamers are eliminated by the ion-scale fluctuations.
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
no journal, ,
We report the optimizations of the gyrokinetic Vlasov simulation code GKV, which performs five-dimensional computational fluid dynamics calculations by using spectral and finite difference methods, for the K computer. First, the segmented rank mapping on the three-dimensional torus network is advantageous to utilize the bi-section bandwidth and to avoid collisions of the messages, and, therefore, to reduce communication costs. Second, the uses of the collective communication algorithm optimized for the K computer and of the simultaneous communications on the Tofu interconnect further reduce the communication costs. Finally, computation-communication overlaps with pipelining methods effectively mask the communication cost. The highly-optimized code improves strong scaling up to 600 k cores (with the parallel efficiency 99.99994%), and demonstrates its applicability and efficiency for the peta-scale computing.
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
no journal, ,
Plasma turbulence is multi-scale physics including spatio-temporal scales of electrons and ions, whose simulations require huge computations. In this work, we present optimizations of the gyrokinetic Eulerian code GKV, which performs 5D computational fluid dynamics calculations by means of spectral and finite difference methods, on massively parallel platforms. First, a segmented rank mapping on the 3D torus network utilizes the bi-section bandwidth and reduces the collisions of the messages for simultaneous point-to-point communications, and therefore, reduces communication cost. Second, computation-communication overlaps with pipelining methods effectively mask the communication cost. Thanks to the optimizations, GKV achieves excellent strong scaling toward million cores with high parallel efficiency, and enables us to address the first multi-scale plasma turbulence simulations employing the real ion-to-electron mass ratio.
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 矢木 雅敏; 宮戸 直亮; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
no journal, ,
核燃焼プラズマでは核融合生成高速アルファ粒子による電子加熱が主要な加熱プロセスとなるため、電子熱輸送の理解はITERにおける極めて重要な課題である。本研究では実質量比・実ベータ値での電子/イオン系マルチスケール乱流解析を行い電子熱輸送特性の評価を行った。本研究結果から、実質量比においてもマルチスケール相互作用を介したETG乱流の抑制が起こり、ITG乱流が電子熱輸送を支配すること、および、有限ベータ値効果によりITGが安定化されると電子スケール乱流の寄与が有意になることが明らかになった。
