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Compact moving particle semi-implicit method for incompressible free-surface flow

Wang, Z.; 松本 俊慶; Duan, G.*; 松永 拓也*

Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 414, p.116168_1 - 116168_49, 2023/09


Recently, consistent meshfree particle methods have been intensively studied. It has been pointed out that numerical inaccuracy or instability could easily occur with incomplete or biased neighbor support. This study proposes a new meshfree particle method called the compact moving particle semi-implicit (CMPS) method to decrease the condition number. In the proposed CMPS, the first-order and second-order derivatives are discretized separately, enhancing the numerical stability significantly. By adopting a small dilation parameter of the compact support, the CMPS can remarkably improve accuracy and reduce computational costs. Formulations for zeroth-order, first-order, and second-order derivatives are derived, and various boundary conditions, e.g., Dirichlet and Neumann, are discussed. In order to better deal with complex free-surface flows using the CMPS, some new numerical techniques, i.e., optimized regularization and reconstructed particle shifting schemes, are also developed. Furthermore, the surface fitting method is extended to address the surface tension. A convergence study is conducted in complex geometry to verify the stability, accuracy, and efficiency of the CMPS. Then, second-order accuracy is confirmed using the Taylor-Green vortex problem. After that, numerical examples concerning various free-surface flows, including square patch, hydrostatic pressure, dam break, droplet oscillation, and droplet coalescence, are calculated to demonstrate the potential of the CMPS.


Integration of 3D environment models generated from the sections of the image sequence based on the consistency of the estimated camera trajectories

松本 拓; 羽成 敏秀; 川端 邦明; 八代 大*; 中村 啓太*

Proceedings of 22nd World Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC 2023) (Internet), p.12107 - 12112, 2023/07

This paper describes a method that integrates Three-Dimensional (3D) environment models reconstructed from image sequences to reduce the computation time of 3D environment modeling that estimates camera poses and simultaneously reconstructs a 3D environment model from images based on photogrammetry. However, 3D environment modeling is time-consuming when using many images because it finds correspondence points between them by feature matching. Therefore, we assume that the computation time is reduced by reconstructing 3D environment models from image sequences divided from an image sequence because the number of images used in 3D environment modeling becomes less. However, it is difficult to integrate the 3D environment models because the scale between them may not be the same, and overlapping regions between 3D environment models are small for integrating the models. In this paper, we propose a method that integrates 3D environment models based on camera trajectories corresponding to overlapped images between image sequences used in 3D environment modeling. To integrate them, transformation parameters are calculated from poses of camera trajectories between 3D environment models. After that, the transformed camera trajectory is aligned using coarse and fine registration. Consequently, compared with 3D environment modeling that processes an image sequence in batch, the proposed method could reduce the computation time and reconstruct a comparable integrated model.


Toward long-term storage of nuclear materials in MOX fuels fabrication facility

廣岡 瞬; 中道 晋哉; 松本 卓; 土持 亮太; 村上 龍敏

Frontiers in Nuclear Engineering (Internet), 2, p.1119567_1 - 1119567_7, 2023/03



Implication of E3 ligase RAD18 in UV-induced mutagenesis in human induced pluripotent stem cells and neuronal progenitor cells

島田 幹男*; 徳宮 巧実*; 三宅 智子*; 塚田 海馬*; 神崎 訓枝; 柳原 啓見*; 小林 純也*; 松本 義久*

Journal of Radiation Research (Internet), 64(2), p.345 - 351, 2023/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Biology)

Pluripotent stem cells (PSCs) have the potential to differentiate to any of the other organs. The genome DNA integrity of PSCs is maintained by a high level of transcription for a number of genes involved in DNA repair, cell cycle and apoptosis. However, it remains unclear how high the frequency of genetic mutation is and how these DNA repair factors function in PSCs. In this study, we employed Sup F assay for the measurement of mutation frequency after UV-C irradiation in induced pluripotent stem cells (iPSCs) as PSC models and neural progenitor cells (NPCs) were derived from iPSCs as differentiated cells. iPSCs and NPCs exhibited a lower mutation frequency compared with the original skin fibroblasts. In RNA-seq analysis, iPSCs and NPCs showed a high expression of RAD18, which is involved in trans-lesion synthesis (TLS) for the emergency tolerance system during the replication process of DNA. Although RAD18 is involved in both error free and error prone TLS in somatic cells, it still remains unknown the function of RAD18 in PSCs. In this study we depleted of the RAD18 by siRNA knockdown resulted in decreased frequency of mutation in iPSCs and NPCs. Our results will provide information on the genome maintenance machinery in PSCs.


Automatic process for 3D environment modeling from acquired image sequences

松本 拓; 羽成 敏秀; 川端 邦明; 八代 大*; 中村 啓太*

Proceedings of 28th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 28th 2023) (Internet), p.768 - 773, 2023/01

This paper reports on an automatic process for 3D environmental modeling from acquired image sequences. We have studied methods of 3D environment modeling to understand unknown environments. However, 3D environment modeling using acquired image sequences is a time-consuming task. When 3D environment modeling is performed using image sequences acquired in an unknown environment, the generated models do not always produce the expected result. Therefore, we consider that the quality of the generated 3D environment models could be quickly verified by realizing the sequential presentation of the generated models. To verify the effectiveness of the automatic process, we implemented it under different execution environments. Consequently, the automatic process could generate a 3D environment model from acquired image sequences.


Cation interdiffusion in uranium-plutonium mixed oxide fuels; Where are we now?

Vauchy, R.; 廣岡 瞬; 松本 卓; 加藤 正人

Frontiers in Nuclear Engineering (Internet), 1, p.1060218_1 - 1060218_18, 2022/12

Diffusion phenomena in uranium-plutonium mixed oxides U$$_{1-y}$$PuyO$$_{2}$$ dictate the physicochemical properties of MOX nuclear fuel throughout manufacturing, irradiation and storage. More precisely, estimating the cation interdiffusion is paramount insofar as it dovetails with the actinide redistribution during sintering and under irradiation. In this paper, we propose a critical review of the existing experimental data of U and Pu interdiffusion coefficients in MOX fuel.


Materials science and fuel technologies of uranium and plutonium mixed oxide

加藤 正人; 町田 昌彦; 廣岡 瞬; 中道 晋哉; 生澤 佳久; 中村 博樹; 小林 恵太; 小澤 隆之; 前田 宏治; 佐々木 新治; et al.

Materials Science and Fuel Technologies of Uranium and Plutonium mixed Oxide, 171 Pages, 2022/10



Development of the DICOM-based Monte Carlo dose reconstruction system for a retrospective study on the secondary cancer risk in carbon ion radiotherapy

古田 琢哉; 古場 裕介*; 橋本 慎太郎; Chang, W.*; 米内 俊祐*; 松本 真之介*; 石川 諒尚*; 佐藤 達彦

Physics in Medicine & Biology, 67(14), p.145002_1 - 145002_15, 2022/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Engineering, Biomedical)



Relative oxygen potential measurements of (U,Pu)O$$_{2}$$ with Pu = 0.45 and 0.68 and related defect formation energy

廣岡 瞬; 松本 卓; 砂押 剛雄*; 日野 哲士*

Journal of Nuclear Materials, 558, p.153375_1 - 153375_8, 2022/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:21.98(Materials Science, Multidisciplinary)



Technical Note: Validation of a material assignment method for a retrospective study of carbon-ion radiotherapy using Monte Carlo simulation

Chang, W.*; 古場 裕介*; 古田 琢哉; 米内 俊祐*; 橋本 慎太郎; 松本 真之介*; 佐藤 達彦

Journal of Radiation Research (Internet), 62(5), p.846 - 855, 2021/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:34.51(Biology)



High-temperature antiferromagnetism in Yb based heavy fermion systems proximate to a Kondo insulator

鈴木 慎太郎*; 田久保 耕*; 久我 健太郎*; 髭本 亘; 伊藤 孝; 冨田 崇弘*; 志村 恭通*; 松本 洋介*; Bareille, C.*; 和達 大樹*; et al.

Physical Review Research (Internet), 3(2), p.023140_1 - 023140_12, 2021/05



Oxygen potential measurement of (U,Pu,Am)O$$_{2 pm x}$$ and (U,Pu,Am,Np)O$$_{2 pm x}$$

廣岡 瞬; 松本 卓; 加藤 正人; 砂押 剛雄*; 宇野 弘樹*; 山田 忠久*

Journal of Nuclear Materials, 542, p.152424_1 - 152424_9, 2020/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.58(Materials Science, Multidisciplinary)

(U$$_{0.623}$$Pu$$_{0.350}$$Am$$_{0.027}$$)O$$_{2}$$に対しては1,673, 1,773, 1,873K、(U$$_{0.553}$$Pu$$_{0.285}$$Am$$_{0.015}$$Np$$_{0.147}$$)O$$_{2}$$に対しては1,873, 1,973Kにおいて、酸素ポテンシャルの測定を実施した。測定は、熱天秤と酸素センサーを用いる気相平衡法により実施した。Uの代わりにAmを添加した場合、酸素ポテンシャルは大きく上昇した。同様に、Uの代わりにNpを添加した場合も酸素ポテンシャルは上昇したが、上昇の効果はPuやAmを添加した場合と比べても小さいものであった。酸素ポテンシャルの測定結果について、酸素分圧と定比組成からのずれをプロットし、欠陥化学により解析することで、欠陥反応の種類を推定した。推定した欠陥反応における平衡定数を評価し、AmとNpを平衡定数の中のエントロピーに組み込むことで、酸素ポテンシャルの測定結果を再現する評価式を導出した。


Physical properties of non-stoichiometric (U,Pu)O$$_{2}$$

渡部 雅; 松本 卓; 廣岡 瞬; 森本 恭一; 加藤 正人

2018 GIF Symposium Proceedings (Internet), p.315 - 320, 2020/05

近年、日本原子力研究開発機構のプルトニウム燃料第一開発室の研究グループは、(U,Pu)O$$_{2pm x}$$の多数の物性値について系統的な測定を実施した。格子定数,弾性定数,熱膨張率,酸素ポテンシャル,酸素化学拡散係数及び熱伝導率は温度、O/M比, Pu含有量を関数として測定することに成功した。また、O/M比及びPu含有量の各種物性値に対する影響についても評価を行った。本研究では、これらの実験データをレビューするとともに最新の実験データも紹介する。また、これらの物性データは燃料コード開発に使用することが可能である。


Pulsed neutron imaging based crystallographic structure study of a Japanese sword made by Sukemasa in the Muromachi period

及川 健一; 鬼柳 善明*; 佐藤 博隆*; 大前 良磨*; Pham, A.*; 渡辺 賢一*; 松本 吉弘*; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; Harjo, S.; et al.

Materials Research Proceedings, Vol.15, p.207 - 213, 2020/02

Japanese swords are very attractive not only as a work of art but also a metallurgical point of view. Since Japanese vintage swords became valuable, it is indispensable to establish non-destructive analysis method to identify some peculiar characteristics. Bragg edge imaging gives real-space distributions of bulk information in a crystalline material as well as neutron tomography. In this work, we investigated crystallographic information of a Japanese sword made by Sukemasa in Izumi province in the first quarter of the 16th century. The experiments have been performed at RADEN at J-PARC. The Sukemasa sword was measured with a counting-type 2D detector and with a CCD camera. We are now analyzing the measured 2D-transmission spectra using RITS code to obtain spatial distribution of the crystallite size, the texture variation, the d110 shift and its broadening. Complementary data analysis using white beam tomography is also on going. Detailed analysis results will be presented.


Advanced gel electrophoresis techniques reveal heterogeneity of humic acids based on molecular weight distributions of kinetically inert Cu$$^{2+}$$-humate complexes

丸茂 和樹*; 松本 篤正*; 中野 純佳*; 渋川 雅美*; 斉藤 拓巳*; 原賀 智子; 齋藤 伸吾*

Environmental Science & Technology, 53(24), p.14507 - 14515, 2019/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:32.82(Engineering, Environmental)

フミン酸(HA)は環境中に存在する不定形有機高分子であり、環境中の有害重金属や放射性金属イオンと錯形成し、それらの動態を制御している。そのため、土壌や河川の環境評価や放射性廃棄物処分の安全評価において、HAによる金属イオンの保持挙動を解明することが重要である。本研究では、HAに保持された銅イオンの分子量分布を評価するため、ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(PAGE)を基盤とした新規分析法を開発した。本法により、HAに対して高い分離能を有し、かつ泳動場の汚染金属イオンを抑制することが可能となり、HAの分子量に対する精確な金属イオン分布を得ることに成功した。また、PAGE, UV-Vis測定および励起蛍光マトリクス-平行因子分析を組み合わせることにより、HAの分子量,金属イオン分布およびHA蛍光成分分布の相関を評価することにも成功した。本研究により、HA中の金属イオン配位サイトやHA蛍光成分はHAの分子量に対して不均一に分布しており、HAによる金属イオンの保持挙動は金属イオンの電荷や立体配位座によって大きく異なることを明らかにした。


Implementation and performance evaluation of a communication-avoiding GMRES method for stencil-based code on GPU cluster

松本 和也*; 井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; 真弓 明恵; 山田 進

Journal of Supercomputing, 75(12), p.8115 - 8146, 2019/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:27.05(Computer Science, Hardware & Architecture)

ジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dにおける反復法線形ソルバの性能向上に向けて省通信一般化最小残差法(CA-GMRES)をCPU-GPUハイブリッドクラスタで実装した。CA-GMRESに加え、計算量を削減するために我々が提案した修正版CA-GMRES(M-CA-GMRES)の実装と評価も行った。本研究から、集団通信回数の最小化と密行列積演算による高効率演算というCA-GMRESの利点が実証された。性能評価は1ノードあたりNVIDIA Tesla P100 GPU4台を搭載したReedbush-L GPUクラスタで実施した。この結果、M-CA-GMRESによりCA-GMRES, 一般化共役残差法(GCR), GMRESに比べてそれぞれ1.09x, 1.22x, 1.50xの高速化が示された。


Temporal changes in radiocesium deposition on the Fukushima floodplain

中西 貴宏; 佐藤 成二; 松本 卓巳*

Radiation Protection Dosimetry, 184(3-4), p.311 - 314, 2019/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:66.48(Environmental Sciences)

福島県では未除染山地森林から輸送される放射性セシウムの堆積による生活圏での被ばく線量増加が懸念されている。本研究では、事故後数年間における福島県内河川敷における放射性セシウムの堆積履歴を調査した。河川を流下する懸濁物質中の放射性セシウム濃度と河川敷の空間線量率も継続観測した。多くのケースで、河川敷への年間土砂堆積量はわずか数kg m$$^{-2}$$で、表層堆積物の放射性セシウム濃度は懸濁物質中の放射性セシウム濃度と同じ減少傾向を示した。それに同調して、河川敷の空間線量率も時間とともに低下していた。大規模出水があった2015年には、上流にダムをもたない河川で数百kg m$$^{-2}$$の土砂堆積と空間線量率の急激な減少が観測された。逆に言えば、ダムによって河川敷への放射性セシウムの堆積が顕著に減少することを示した。


Degassing behavior of noble gases from groundwater during groundwater sampling

中田 弘太郎*; 長谷川 琢磨*; Solomon, D. K.*; 宮川 和也; 富岡 祐一*; 太田 朋子*; 松本 拓也*; 濱 克宏; 岩月 輝希; 小野 昌彦*; et al.

Applied Geochemistry, 104, p.60 - 70, 2019/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:32.34(Geochemistry & Geophysics)

地下水に溶存している希ガス(He, Ne, Ar, Kr, Xe)は、地下水の起源や滞留時間、涵養温度などの推定に使われる。地下水に溶存しているガスを全て定量することが望ましいが、一方で、地下水の採取に伴う溶存ガスの脱ガスを避けることは難しい。本研究は、地下水の採取に伴う溶存希ガスの脱ガス挙動について調べ、その補正方法を提案するものである。地下施設及び深層ボーリングから地下水試料を採取し、原位置の圧力を維持した状態で採取した試料と、圧力を低下させて脱ガスさせた試料との比較を行った。その結果、溶存ガス圧が低い試料(約4.6気圧以下)については、大気圧下で脱ガスさせた場合、気液平衡が成り立つことが分かった。一方で、溶存ガス圧が高い試料(約32気圧)については、気液平衡が成り立たないことが分かった。気液平衡が成り立つ試料については、脱ガスの影響を補正することが可能であるが、気液平衡が成り立たない試料については、補正が困難であり、さらなる検討が必要である。


Recent progress on practical materials study by Bragg edge imaging at J-PARC

及川 健一; Su, Y.; 鬼柳 亮嗣; 川崎 卓郎; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 廣井 孝介; Harjo, S.; Parker, J. D.*; 松本 吉弘*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 551, p.436 - 442, 2018/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:27.86(Physics, Condensed Matter)

We are promoting for practical product observation by the energy-resolved neutron imaging method using high-intensity pulsed neutrons at J-PARC, under the Photon and Quantum Basic Research Coordinated Development Program from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan. Bragg edge imaging, one of the energy-resolved neutron imaging methods for visualizing material properties, was applied to feasibility study of the temperature distribution of copper rod, complementary study of the texture and strain distribution of bent steel plates using neutron diffraction and EBSD, and so on. Outline of results obtained by these imaging experiments will be presented.


Effect of a raw material powder on sintered CeO$$_{2}$$ pellets by 28 GHz microwave irradiation

赤司 雅俊; 松本 卓; 加藤 正人

Transactions of the American Nuclear Society, 118, p.1391 - 1394, 2018/06


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