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論文

Data processing methods for dynamic neutron tomography velocimetry

呉田 昌俊; 熊田 博明; 久米 悦雄; 染矢 聡*; 岡本 孝司*

Proceedings of 3rd International Workshop on Process Tomography (IWPT-3) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/04

本報は、FBR炉心を模擬した発熱試験体内を流れる液体金属流の速度及び軌跡を3次元の時間変化として計測し、数値解析コードの検証に役立てることを最終目標として開発を進めている新しい中性子を用いた多次元速度計測技術に関する報告であり、特に大規模な複数の動画データから3次元で動くトレーサの速度と軌跡を解析するデータ処理手法に関して報告する。本技術開発では、独自開発したソフトウェア内に多くの画像処理手法やCT再構成手法、そして速度・軌跡解析手法を研究開発して組み込むことにより、基礎試験体中のトレーサの速度と軌跡を解析可能とした。

論文

Dynamic neutron computer tomography technique for velocity measurement in liquid metal flow; Fundamental PTV experiment

呉田 昌俊; 熊田 博明*; 久米 悦雄; 染矢 聡*; 岡本 孝司*

Journal of Physics; Conference Series, 147, p.012087_1 - 012087_14, 2009/03

本報は、FBR炉心を模擬した発熱試験体内を流れる液体金属流の速度及び軌跡を3次元の時間変化として計測し、数値解析コードの検証に役立てることを最終目標として開発を進めている新しい中性子を用いた多次元速度計測技術に関する報告である。高速度撮像中性子ラジオグラフィ,コンピュータ断層撮影技術(CT),粒子追跡技術を組合せた計測システムをモンテカルロ解析により設計・構築し、研究用原子炉JRR-4に装置を設置して技術実証試験を実施した。本試験の結果、125Hzと250Hzの記録速度で3次元で動くトレーサの速度と軌跡の時間変化を計測できる見通しが得られた。

論文

Dynamic neutron computer tomography technique for velocity measurement in liquid metal flow; Fundamental PTV experiment

呉田 昌俊; 熊田 博明; 久米 悦雄; 染矢 聡*; 岡本 孝司*

Proceedings of 6th International Symposium on Measurement Techniques for Multiphase Flows (ISMTMF 2008) (USB Flash Drive), 14 Pages, 2008/12

本報は、FBR炉心を模擬した発熱試験体内を流れる液体金属流の速度及び軌跡を3次元の時間変化として計測し、数値解析コードの検証に役立てることを最終目標として開発を進めている新しい中性子を用いた多次元速度計測技術に関する報告である。高速度撮像中性子ラジオグラフィ,コンピュータ断層撮影技術(CT),粒子追跡技術を組合せた計測システムをモンテカルロ解析により設計・構築し、研究用原子炉JRR-4に装置を設置して技術実証試験を実施した。本試験の結果、125Hzと250Hzの記録速度で3次元で動くトレーサの速度と軌跡の時間変化を計測できる見通しが得られた。

論文

液膜挙動に及ぼす燃料棒曲がりの影響

高瀬 和之; 吉田 啓之; 柴田 光彦; 北村 竜明*; 久米 悦雄; Zhe, X.*

日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集, P. 227, 2006/10

革新的水冷却炉は現行軽水炉に比べて燃料棒間隔が極端に狭いため、原子炉運転時における燃料棒の微小変形や燃料棒表面へのクラッド付着などによって、冷却材流路が局所的に大きく減少する可能性があり、このような流路の閉塞によって除熱性能が劣化することが懸念されている。そこで、流路閉塞の除熱への影響を考慮した炉心熱設計手法の確立を目指した研究を計画している。本報では、最初に燃料集合体内の液膜流挙動を二流体モデルや界面追跡法を用いた大規模シミュレーションによって予測した結果を示す。次に、変形等によって湾曲した燃料棒が除熱特性に及ぼす影響を定量的に明らかにするための予備的検討として、湾曲した燃料棒形状を正確に模擬することができる汎用流体解析コードFLUENTを用いた非構造格子体系での二相流シミュレーションの結果について報告する。

論文

狭隘流路内スペーサまわりの加熱液膜流挙動に関する数値的可視化

久米 悦雄; 北村 竜明*; 高瀬 和之; 小瀬 裕男*

可視化情報学会誌, 25(Suppl.2), p.369 - 370, 2005/10

革新的水冷却炉の燃料集合体では、燃料棒まわりを流れる冷却材の領域が半径方向及び流れ方向に一定間隔を保つように複数のスペーサが設置されている。従来の研究から、スペーサ等の障害物の後流には乱れが発生することがわかっている。また、気液二相液膜流では、気相と液相の相対速度に依存して気液界面に発生するせん断力によって液膜中に大きな乱れが形成され、その結果、界面形状が不安定になることが理論的,実験的に明らかになっている。このような突起による乱れと界面不安定現象を原子炉熱設計に反映するためには、加熱液膜流挙動を正確に把握する必要がある。そこで、本研究では、革新的水冷却炉で想定されるスペーサ付き狭隘流路を簡略モデル化した体系で3次元解析を行い、加熱面上に形成される流体温度や流速などの予測結果から、加熱液膜流に及ぼす突起の効果や界面せん断力の影響を定量的に明らかにした。

報告書

大規模データの可視化処理速度調査

星 芳幸; 久米 悦雄

JAERI-Data/Code 2005-010, 48 Pages, 2005/09

JAERI-Data-Code-2005-010.pdf:8.7MB

近年の科学技術計算は、計算機の高速化と記憶容量の増大により計算規模が飛躍的に拡大し、そこから得られる計算結果も膨大なものになってきている。これに伴い、この膨大な数値データを理解するためのポスト処理、すなわち可視化処理が非常に重要な役割を担うようになっている。一方、可視化を行うための画像処理用計算機においては、この大規模データの可視化処理はまだ大きな負荷となっているのが現状である。このため、原研既設の画像処理用計算機を対象に、汎用可視化ソフトウェアを用いて大規模データを処理する際のハードウェアごとの描画速度の調査を実施した。本報告は、この調査結果に基づき、可視化データの規模と使用すべき計算機について、その利用指針をまとめたものである。

論文

Rapid normal zone propagation observed in a 13 T-46 kA Nb$$_{3}$$Al cable-in-conduit conductor

小泉 徳潔; 松井 邦浩; 久米 悦雄; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 15(2), p.1363 - 1366, 2005/06

 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

原研では、Nb$$_{3}$$Al導体核融合炉への応用を目指して、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイルを開発した。本コイルのクエンチ試験は、13Tにて、温度マージン(分流開始温度と運転温度の差)を変化させて行った。また、初期の常伝導転移は、誘導加熱コイルを使用し、常伝導転移後も、数秒以上電流を保持した。温度マージンが0.5Kのとき、加熱後3s後に、常伝導伝播速度が急激に加速される超高速クエンチ伝播を観測した。1次元安定性・クエンチ解析コードを用いた計算も行い、常伝導転移時のジュール発熱により、冷媒供給システムのループ内に閉じ込められている冷媒全体の圧力が上昇し、常伝導部が到達していないところでも、冷媒温度が分流開始温度を超えて常伝導転移が起こることを見いだした。

論文

Molecular dynamics simulation of clustered DNA damage sites containing 8-oxoguanine and abasic site

藤本 浩文*; Pinak, M.; 根本 俊行*; O'Neill, P.*; 久米 悦雄; 斎藤 公明; 前川 秀明*

Journal of Computational Chemistry, 26(8), p.788 - 798, 2005/06

 被引用回数:20 パーセンタイル:41.65(Chemistry, Multidisciplinary)

電離放射線によるDNAクラスター損傷は修復され難く、細胞のガン化など生体にとって深刻な事態を引き起こす原因の一つと考えられている。DNAクラスター損傷を持つDNA分子には、単独の損傷を持つ分子と比べるとDNA修復酵素が作用し難いことが、生化学的・分子生物学的実験によって示されているが、どのような要因が酵素の作用阻害に関わっているかはいまだ不明である。そこで本研究では、DNAクラスター損傷における酵素の作用阻害の要因を、計算科学的手法を用いて考察した。既報の実験で用いられたDNA分子と同配列となるように、7,8-dihydro-8-oxoguanine(8-oxoG)及びapurinic/apyrimidinic(AP) siteという2つの酸化損傷部位が数塩基はなれた位置に存在する40merのDNA分子を、2損傷部位間の距離を変えて6種類設計し、それぞれに対し分子動力学的(MD)シミュレーションを1nsのオーダーで行った。その結果、損傷部位における分子の屈曲や、損傷塩基と相補鎖上の塩基との相互静電エネルギーの減少など損傷DNA分子に特徴的な構造や性質が観察された。これらの特徴によって修復酵素がDNAに結合できず、したがって修復効率が低下したのではないかと推察される。

報告書

放射線管理用排気・排水データベースシステムの開発

菊地 正光; 滝 光成; 久米 悦雄; 小林 秀雄*; 山田 稔穂*; 山口 武憲

JAERI-Data/Code 2004-006, 146 Pages, 2004/03

JAERI-Data-Code-2004-006.pdf:6.87MB

東海研究所においては、放射性物質の排気排水管理を必要とする約40の施設が存在している。これら施設における放射性物質の排気排水にかかわる管理は、法令等に基づき施設ごとに実施しているが、国等への報告では、施設ごとに行われている測定結果を取りまとめ、東海研究所として報告を行う必要がある。そのため、排気排水にかかわるデータベースを作成してデータの一元管理を行うとともに、国等への報告に必要となる基礎的資料を作成する本システムを開発した。

報告書

放射線誘発DNA損傷生成過程のシミュレーション計算結果の可視化

増子 献児*; 渡邊 立子; 久米 悦雄

JAERI-Data/Code 2004-005, 72 Pages, 2004/03

JAERI-Data-Code-2004-005.pdf:10.48MB

低線量・低線量率被ばくの影響の程度を定量することは、放射線のリスクを評価するうえで重要である。放射線リスク評価を放射線影響のメカニズムに基づいて行うために、放射線照射から生物に影響が生じるまでの一連の過程を解明することを目的とした研究が行われてきている。この中で、放射線の微視的飛跡構造のモンテカルロ法によるコンピュータシミュレーションに基づくDNA損傷生成過程の研究が行われてきた。このようなシミュレーション結果を可視化(画像化)することにより、DNA損傷生成過程を経時的に空間的に確認することができるうえ、直接観測が困難なミクロなスケールの現象の具体的なイメージを与えることが可能になるため、マクロに観測している現象の理解を深めることもできる。本報告書は、放射線の生物影響の評価に不可欠な、放射線の飛跡構造(エネルギー付与構造),ラジカル反応・拡散の様子,DNA構造モデルなど、モンテカルロシミュレーション結果の可視化画像をまとめたデータ集である。

論文

Development of combined system of Monte Carlo calculation and activation calculation for evaluation of decay $$gamma$$ ray dose rate in nuclear fusion reactor

佐藤 聡; 川崎 信夫*; 久米 悦雄; 西谷 健夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(Suppl.4), p.62 - 65, 2004/03

DT核融合炉において、遮蔽体を貫通するダクト周囲の崩壊$$gamma$$線線量率評価が重要課題である。崩壊$$gamma$$線線量率を精度よく評価するには、3次元モンテカルロ計算が必要である。誘導放射能の空間分布が崩壊$$gamma$$線輸送計算には必要であり、それらはACT-4やCINAC等の放射化計算コードを用いて中性子束分布から得られる。本研究では、モンテカルロ計算コードMCNPと放射化計算コードを結合し、崩壊$$gamma$$線線量率を評価するための系統的な計算システムを開発した。本システムでは、連続する3つの計算(モンテカルロ中性子輸送計算,放射化計算,モンテカルロ崩壊$$gamma$$線輸送計算)が系統的に行われる。本計算システムを検証するために、原研FNSを用いて森本らによって行われた崩壊$$gamma$$線線量率実験の測定結果と、計算値を比較した。本計算システムによって得られた結果は、測定結果と実験誤差(10%)の範囲内でよく一致している。本計算システムによって、核融合炉の崩壊$$gamma$$線線量率を高精度で評価可能であることが実証できた。また計算時間の飛躍的な短縮を計るため、発生線源へのバイアス化システムを開発し、本システムに組み込んでいる。単純な体系でのテスト計算の結果、2桁以上計算時間が短縮でき、開発したシステムの有効性を実証した。

論文

Large scale MD simulation of 8-oxoguanine and AP site multiple lesioned DNA molecule combined with biomolecular visualization software

藤本 浩文; Pinak, M.; 根本 俊行*; 坂本 清隆*; 山田 和幸*; 星 芳幸*; 久米 悦雄

Journal of Molecular Structure; THEOCHEM, 681(1-3), p.1 - 8, 2004/01

分子動力学シミュレーションプログラムAMBERと、AMBERの出力ファイルから動画ファイルを自動的に生成するために新たに開発したソフトウエアF-BMVSを組合せたシステムを用いて、複数箇所に酸化損傷を被ったDNA分子がどのように分子構造を変えるかを観察した。放射線や化学物質によって生じるこれらの損傷は、修復されなければ強力な突然変異原となり、細胞がガン化する原因となると考えられている。2種類の損傷(8-oxoG, AP部位)を持つDNA分子と損傷を持たないDNA分子に対し1ナノ秒のオーダーのシミュレーションを行い、F-BMVSを用いて可視化したところ、損傷構造に特異的な立体構造が観察された。これらの分子構造の差異は、損傷を修復する酵素が損傷部位と非損傷部位とを見分ける要因の1つになっているのではないかと考えられる。

報告書

原子力コードの高速化; 平成13年度

秋山 光永*; 片倉 郁茂*; 川崎 信夫*; 根本 俊行*; 鶴岡 卓哉*; 足立 将晶*; 石附 茂*; 久米 悦雄

JAERI-Data/Code 2003-009, 307 Pages, 2003/07

JAERI-Data-Code-2003-009.pdf:10.37MB

本報告書は、平成13年度に計算科学技術推進センター情報システム管理課で行った原子力コードの高速化作業のうち、東海及び那珂研究所のスーパーコンピュータにおける高速化作業について記述したものである。原子力コードの高速化作業は、平成13年度に10件行われた。本報告書では、中性子ラジオグラフィー3次元CT用コードNR3DCTの並列化,内部欠陥を有する材料に対する非定常熱伝導解析コードTHERMO3Dの高速化,MHD用初期化コードMHDTM_INITの高速化,核熱利用系動特性解析コードHAMBACの高速化,汎用モンテカルロ粒子輸送コードMCNP4C3の並列化,多種粒子・高エネルギー用モンテカルロ粒子輸送計算コードシステムMCNPX V2.1.5の整備,核融合炉誘導放射能計算コードCINAC-V4の整備,生体分子向け分子動力学計算コードAmber5のインストール,多次元二相流解析コードACE3DへのVisLib関数埋め込み,GS8500用実験データ処理コードシステムの移植について記述している。

論文

AVSを用いた燃料集合体内熱流動解析結果の可視表示法の開発

高瀬 和之; 増子 献児*; 小瀬 裕男*; 玉井 秀定; 久米 悦雄

可視化情報学会誌, 23(Suppl.1), p.363 - 364, 2003/07

原研では軽水炉の高度利用を目指して低減速軽水炉の開発を行っている。低減速軽水炉は、炉心冷却を行う減速材の割合を減らし、発生する高速中性子の減速を抑制することで1.0以上の高い転換比を可能とする水冷却炉で、燃料に対しての減速材の割合を小さくするために、燃料棒間ギャップを従来軽水炉の3mm程度から1mm程度まで稠密化した燃料集合体が用いられる。著者らは、低減速軽水炉の炉心熱設計に資するため、稠密燃料集合体内の3次元熱流動解析を行っているが、体系が複雑であり、しかも、解析結果が膨大となるため、定量的な評価に時間がかかる。そこで、定量評価を容易にするために、可視化ソフトAVS/Expressを使って可視表示専用プログラムの開発を行った。本研究によるAVS/Expressによる画像処理法,可視画面構築のための座標変換法等の開発により、燃料集合体内の流速,温度,ボイド率等の詳細な3次元分布の可視表示が可能になった。

論文

モンテカルロセミナー実施報告; 2000年7月$$sim$$2002年7月, 日本原子力研究所

桜井 淳; 久米 悦雄; 前川 藤夫; 野尻 一郎*

日本原子力学会和文論文誌, 2(2), p.196 - 201, 2003/06

セミナーで行った特徴的事項はつぎのとおりである。理論セミナーでは、独自に編集した連続エネルギーモンテカルロ教科書を採用し、実際の計算に役立つ講義内容とした。未臨界セミナーでは実際の核燃料サイクル施設の計算を実施した。遮蔽セミナーと高エネルギーセミナーではウェイト下限値の的確な評価法が身に付くように理論と計算演習を実施した。三つの計算セミナーの教材には、JENDL-3.2から編集した293Kの340核種の汎用中性子断面積ライブラリを採用し、一般的な計算にも対応できるようにした。三つの計算セミナーには、いずれもひとつずつ、研究に使用している世界でも代表的なベンチマーク実験問題を含め、計算法の検証が可能なようにした。三つの計算セミナーでは、モンテカルロ法をまったく知らない初心者でも、5時間の講義及び計算演習により、ひとりで的確な計算ができるようにすることができた。セミナー参加者との質疑応答をくり返し、講義や教材に含まれていた曖昧さを排除し、確実な内容に改善した。

論文

核破砕ターゲット内の乱流挙動に関する数値的予備検討

高瀬 和之; 北村 竜明*; 久米 悦雄; 一宮 浩一*; 駒田 一郎*

日本機械学会関東支部山梨講演会(2003)講演論文集,No.030-4, p.77 - 78, 2003/00

加速器駆動核変換システムのターゲット窓形状の最適化のための研究を山梨大学と協力して行っている。本論文は原研が担当した数値解析による予備検討結果をまとめたものである。ターゲット窓は高エネルギー陽子ビームによって高熱負荷を受けるため、衝突噴流による除熱性能の向上が考えられている。ターゲット内は乱流であり、したがって数値解析には適切な乱流モデルが必要である。従来の研究から、衝突噴流場では壁面近傍の乱流成分による主流への影響が無視できないことを著者らは指摘した。本研究では、壁面近傍の乱流成分を高い精度で予測できると期待される低レイノルズ数乱流モデルを使って、現設計のターゲット形状を模擬した体系で2次元乱流解析を行い、乱れの等方性と非等方性による解析結果への影響を定量的に調べた。非等方性乱流モデルで予測した噴流衝突時の流速や乱流エネルギーの分布は実験結果の傾向をおおむね模擬できることを示した。

論文

Economic scale of utilization of radiation, 2; Agriculture: Comparison between Japan and U. S. A.

久米 民和; 天野 悦夫*; 中西 友子*; 茅野 光男*

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(10), p.1106 - 1113, 2002/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:73.46(Nuclear Science & Technology)

本件は、平成11年度及び平成12年度に調査した「我が国の放射線利用経済規模」、「我が国と米国の放射線利用経済規模」に関連して、農業利用についての報告である。調査の結果は次のとおりである。(1)食品照射: 米国の食品照射経済規模はスパイス価格で幅が出る。最小(スパイス1.5$/lb)で206億円,最大(スパイス34$/lb)で3,903億円である(1999年度データ)である。いずれにしても我が国19億円の11倍から205倍の規模である。種類も馬鈴薯だけの我が国とは対照的にスパイス,果実・野菜,トリ肉と種類が多い。(2)突然変異育種: 米国128品種,日本120品種とほぼ同じ数の品種が育成されている。本調査推奨値は、最大のケースである。この場合、米国は1兆3,593億円であり、稲中心の突然変異品種17品種から得た我が国の経済規模973億円の14倍となる。(3)日米農業の放射線利用比較: 米国は17,496億円(対GDP比0.2%)であった。一方、我が国は992億円(対GDP比0.02%)であった。米国の放射線農業利用経済規模は我が国の18倍であった。

報告書

AVS/Express(Application Visualization System)利用手引書

加藤 克海*; 久米 悦雄

JAERI-Data/Code 2002-019, 116 Pages, 2002/09

JAERI-Data-Code-2002-019.pdf:26.15MB

情報システム管理課では、分散処理環境の整備作業の一環として画像処理環境の整備を進めており、画像サーバ,画像処理ソフトウェアAVS/Express,立体表示装置を導入している。本報告書は、整備した画像処理環境において画像処理ソフトウェアを効率的に利用するための情報をとりまとめたものである。

論文

3次元突起付き狭隘流路内の二相流数値解析

高瀬 和之; 小瀬 裕男*; 吉田 啓之; 玉井 秀定; 久米 悦雄; 北村 竜明*

第16回数値流体力学シンポジウム講演要旨集, 7 Pages, 2002/00

低減速スペクトル炉の炉心燃料集合体内には、1mm程度の燃料棒間ギャップを一定に保つためにスペーサが設置される。このような狭隘流路に存在するスペーサ周辺の熱流動特性に関しては、単相では多くの研究が行われているが、二相流ではほとんど見られない。そこで、狭隘流路内に置かれたスペーサ等の物体が二相流挙動に及ぼす影響を数値的に調べた。数値解析には著者の1人が開発した二相流コードTPFITを使用した。解析体系は3次元流路とスペーサ簡略模擬した矩形突起から成る。解析では、流路入口に液膜厚さとその流速及び蒸気流速を与え、時間方向に進展する液膜流挙動を非加熱等温流条件に対して定量的に調べた。計算に使用した入力値は低減速スペクトル炉の炉心出口近傍の条件を模擬した。解析の結果、突起後端から発生するはく離線に沿ってウエークが形成され、ここでは強い乱れによって液膜が排除され、ほぼ蒸気で満たされることがわかった。この結果から、加熱時には突起後方に十分な冷却を期待できない領域の存在が予測された。また、流れ方向に突起を一定間隔で設置する場合には、前方の突起で発生したウエークが後方の突起に順次影響するため、突起の配置を十分検討する必要がある。今後は、突起形状,加熱時の沸騰流,乱流構造等に及ぼす突起の影響を明らかにする考えである。

報告書

モンテカルロ崩壊$$gamma$$線輸送計算システムの開発; モンテカルロ粒子輸送計算コードと誘導放射能計算コードとの連結システム

佐藤 聡; 川崎 信夫*; 久米 悦雄

JAERI-Data/Code 2001-017, 99 Pages, 2001/06

JAERI-Data-Code-2001-017.pdf:3.19MB

DT核融合炉の遮蔽設計において、運転停止後の崩壊$$gamma$$線生体線量率を精度良く評価することが重要課題である。そこで、運転停止後の$$gamma$$線生体線量率が精度良く評価できるよう、モンテカルロ粒子輸送計算コードと誘導放射能計算コードを連結しモンテカルロ法により崩壊$$gamma$$線輸送計算を行うシステムを開発した。本計算システムは現状、2次元円柱体系においてのみ適用可能である。計算時間の飛躍的な短縮を計るため、発生線源へのバイアス化システムも併せて開発し、本システムに組み込んでいる。

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