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論文

国際核融合エネルギー研究センターの高性能計算機システムHeliosを利用した国内シミュレーション研究プロジェクトの進展

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。

論文

Numerical analysis of organ doses delivered during computed tomography examinations using Japanese adult phantoms with the WAZA-ARI dosimetry system

高橋 史明; 佐藤 薫; 遠藤 章; 小野 孝二*; 伴 信彦*; 長谷川 隆幸*; 勝沼 泰*; 吉武 貴康*; 甲斐 倫明*

Health Physics, 109(2), p.104 - 112, 2015/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:65.81(Environmental Sciences)

日本国内でのCT検査による患者の臓器線量を正確に評価するため、CT線量評価システムWAZA-ARIの開発を進めている。WAZA-ARIの線量計算では、成人日本人のボクセルファントム及び放射線輸送計算コードPHITSを用いた数値解析で整備した臓器線量データを利用する。このデータの解析を進めるため、CT装置内の寝台における線量分布等の測定結果に基づき、各種装置でのX線放出特性をPHITSで数値的に模擬する技術を開発した。典型的な撮影条件について、PHITSと日本人ボクセルファントムを用いた解析結果より臓器線量を計算し、既に利用されている他のCT線量評価システムによる結果と比較した。その結果、日本人ボクセルファントムを用いた解析で得た線量データを利用した場合、数学人体模型に基づく線量データを利用した他のシステムよりも、人体形状を適切に考慮して臓器線量を導出できることが検証された。また、欧米人の体格に基づくボクセルファントムによる計算結果や日本人体型を模擬した物理モデルを用いた実測結果と比較した。これらの比較検証により、本研究で開発した数値解析法で得られる臓器線量データは、日本人の体格特性を考慮したシステムWAZA-ARIに十分適用できることを確認した。

論文

WAZA-ARI; CT撮影における患者の被ばく線量評価システム

佐藤 薫; 高橋 史明; 遠藤 章; 小野 孝二*; 長谷川 隆幸*; 勝沼 泰*; 吉武 貴康*; 伴 信彦*; 甲斐 倫明*

RIST News, (58), p.25 - 32, 2015/01

原子力機構では、国内でのCT診断時の患者の被ばく管理の向上に資するため、大分県立看護科学大学等との共同研究によりWAZA-ARIの開発を進め、2012年12月にその試用版を公開した。試用版のWAZA-ARIには、平均的成人日本人男性(JM-103)及び女性(JF-103)、4才児(UFF4)ファントムと放射線輸送計算コードPHITSを組み合わせて計算した臓器線量データベースが格納されている。WAZA-ARIでは、これらの臓器線量データベースの中から、撮影条件に応じた適切なデータが選択されて線量計算に利用される。試用版の公開以後、WAZA-ARIのホームページへのアクセス件数は月当たり概ね1000件を超えており、2014年9月末において28421件に達した。現在、試用版のWAZA-ARIの線量評価機能を拡張した本格運用版である、WAZA-ARI version 2の開発が進められており、2014年度中の公開を目指している。WAZA-ARI version 2では、利用者は自身で計算した線量データを登録し、国内での線量分布と比較する機能も追加されている。

論文

Effects of human model configuration in Monte Carlo calculations for organ doses from CT examinations

高橋 史明; 佐藤 薫; 遠藤 章; 小野 孝二*; 吉武 貴康*; 長谷川 隆幸*; 勝沼 泰*; 伴 信彦*; 甲斐 倫明*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 2, p.153 - 159, 2011/10

CT検査は医療行為における有用な診断法となっているが、比較的高い被ばく線量を受けることから、適切な線量管理の必要性が指摘されている。そのため、CT検査における被ばく線量を評価するシステムが、これまでに開発されている。これらのシステムは、モンテカルロ計算で解析した線量データを利用しているが、これにかかわる計算技術,CT検査に用いる装置は常に進歩している。このような背景から、最新の計算技術を利用して、種々の撮影条件に適用できる線量評価システムWAZA-ARIの開発を進めている。WAZA-ARIでは、基盤となる臓器線量データとして、計算コードPHITSと精密人体モデルJMファントムで解析したデータを用いている。JMファントムは平均的な日本人の体格,臓器質量を模擬するモデルであるが、実際の被験者はさまざまな体形,体格を有することから、人体構造の違いによる臓器線量の変化を把握しておくことは重要である。本研究では、異なる人体構造を模擬するICRPの標準ファントムなどを用いた線量解析の結果について述べる。

論文

Development of a web-based CT dose calculator; WAZA-ARI

伴 信彦*; 高橋 史明; 佐藤 薫; 遠藤 章; 小野 孝二*; 長谷川 隆幸*; 吉武 貴康*; 勝沼 泰*; 甲斐 倫明*

Radiation Protection Dosimetry, 147(1-2), p.333 - 337, 2011/09

 被引用回数:21 パーセンタイル:85.03(Environmental Sciences)

CT検査における被検者の被ばく線量を評価するため、web上で動作する線量評価システムWAZA-ARIを開発している。システムの基礎となる臓器線量データは、日本人男性ファントム(JMファントム)をPHITSコードに組み込んで解析した。解析にあたっては、5mm幅の扇状ビームが人体上を5mmピッチで走査していく条件を想定し、ビーム成形フィルタによる光子減弱も考慮した。また、従来のMIRD型モデルを用いて、同様の条件で臓器線量を解析した。その結果、線源の位置に応じて、人体の形状、内部構造を精密に模擬したJMファントムでは臓器線量のスムーズな変化が確認されたが、MIRD型モデルでは、臓器、組織の形状の簡易的な定義に起因して、ステップ状に臓器線量が変化した領域があった。JMファントムによる解析結果は、Linuxサーバー上で動作するWAZA-ARIシステムに組み込んだ。その結果、同システムでは、商用のソフトウェアを使用しないが、高い操作性を有したうえで、正確な線量計算が可能となった。

論文

WAZA-ARI; Computational dosimetry system for X-ray CT examinations, 1; Radiation transport calculation for organ and tissue doses evaluation using JM phantom

高橋 史明; 佐藤 薫; 遠藤 章; 小野 孝二*; 吉武 貴康*; 長谷川 隆幸*; 勝沼 泰*; 伴 信彦*; 甲斐 倫明*

Radiation Protection Dosimetry, 146(1-3), p.241 - 243, 2011/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:80(Environmental Sciences)

CT検査における被検者の被ばく線量を評価するため、web上で動作する線量評価システムWAZA-ARIを開発している。WAZA-ARIは、撮影条件を入力すると、システムに内蔵する臓器・組織線量のデータベースから、条件に対応するデータセットを抽出し、線量を評価する。本研究では、被検者の撮影時の条件等を詳細にモデル化し、PHITSコードを用いた放射線輸送計算により、線量データベースを作成する方法を確立した。ここで、人体モデルとして、身長(171cm)及び体重(65kg)が、日本人の成人男性の平均値に近いJMファントムを用いた。このファントムは、およそ1mm角のボクセルで小さな臓器も厳密に再現し、臓器質量は日本人男性の平均値に近い。また、胴体のCT検査では腕を頭上に置くため、両腕を胴体側面から除去したモデルも導入した。これらのモデルを用いて、CT装置に導入されているビーム成形フィルタでの光子減弱を考慮した輸送計算で、各臓器の線量を計算した。その結果、JMファントムと従来の解析で使用されていたMIRD型ファントムによる臓器線量に有意な差が見られ、精密な人体モデルの利用の必要性が確認された。

論文

WAZA-ARI; Computational dosimetry system for X-ray CT examinations, 2; Development of web-based system

伴 信彦*; 高橋 史明; 小野 孝二*; 長谷川 隆幸*; 吉武 貴康*; 勝沼 泰*; 佐藤 薫; 遠藤 章; 甲斐 倫明*

Radiation Protection Dosimetry, 146(1-3), p.244 - 247, 2011/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:80(Environmental Sciences)

CT検査における被ばく線量を正確に評価するため、webシステムWAZA-ARIを開発中である。WAZA-ARIは、放射線輸送計算コードPHITSにJMファントムを組み込んで解析した臓器線量を計測可能な線量に規格化し、そのデータベースをXMLファイル形式で保存している。また、線量評価をネットワーク上のwebブローザーによりアクセス可能なLinuxサーバーで実行するため、ユーザーは表示画面を通じて撮影条件を設定する。ここで設定した条件に対して、最適なデータセットが選択され、撮影範囲内にあるデータを合算して臓器線量を算出する。この計算処理では、X線管の回転時間、ビームピッチというCTスキャニングに関係するパラメータが考慮され、臓器線量の最終結果はスキャニング中の総電流値(mAs)及びCT撮影の線量指標(CTDI)に基づき算出される。現在、規格化された線量データの整備は、未だ数種類のCT機種に限られているが、WAZA-ARIは高い有用性,簡便なメンテナンス法を既に達成した。また、さらなる適用の拡張に関する可能性を検討中である。

論文

Analysis of organ doses from Computed Tomography (CT) examination by the radiation transport calculation to develop the dosimetry system, WAZA-ARI

高橋 史明; 遠藤 章; 佐藤 薫; 長谷川 隆幸*; 勝沼 泰*; 小野 孝二*; 吉武 貴康*; 伴 信彦*; 甲斐 倫明*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 1, p.517 - 520, 2011/02

CT検査の被験者に対する不要な被ばくを避けるため、画像の撮影条件に基づく線量評価システムが既に開発されている。これらシステムの多くは、数学人体模型で解析した臓器線量をデータベースとして利用する。近年、線量評価での数値解析技術の進展,CT機器の性能の向上が図られてきた。そこで、これらの最新の技術を反映した線量計測システムWAZA-ARIを開発するための研究を遂行している。基本となる臓器線量データは、数学人体模型と比較して、人体構造をより精密に表現する男性のボクセルファントム(JMファントム)で計算する。CT装置内の放射線輸送はPHITSコードで模擬し、X線管からの光子放出はサブルーチンを用いた線源モデルで設定する。ここで、線源モデルは、最近の多くの機種が採用しているヘリカルスキャンのX線管移動も定義できる。そのため、WAZA-ARIシステムは、適切な人体及び線源モデルにより計算された臓器線量に基づく線量評価が可能となる。

論文

J-PARC muon facility, MUSE

三宅 康博*; 下村 浩一郎*; 河村 成肇*; Strasser, P.*; 牧村 俊助*; 幸田 章宏*; 藤森 寛*; 中原 一隆*; 竹下 聡史*; 小林 庸男*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 225, p.012036_1 - 012036_7, 2010/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:91.45

The science facility (MUSE) along with the neutron, hadron and neutrino facilities is one of the experimental areas PF the J-PARC project, which was approved for construction in a period from 2001 to 2008. Construction of the MLF building was started in the beginning of 2004, and was completed at the end of the 2006 fiscal year. On September 19th, 2008, the graphite target for muon production was placed into the 3 GeV proton beam line. On September 26th, 2008, we finally succeeded to extract surface muon beams. We also succeeded in the extraction of the decay muons on December 25th, 2008.

論文

Possible low-energy excitations of multipoles in SmRu$$_4$$P$$_{12}$$ probed by muon spin relaxation

伊藤 孝; 髭本 亘; 大石 一城*; Heffner, R. H.; 西田 信彦*; 佐藤 一彦*; 菅原 仁*; 青木 勇二*; 菊地 大輔*; 佐藤 英行*

Physica B; Condensed Matter, 404(5-7), p.761 - 764, 2009/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:6.65(Physics, Condensed Matter)

SmRu$$_4$$P$$_{12}$$の磁気多極子秩序相($$T<T_{rm MI}=16.5$$K)における磁気揺らぎの性質を調べるために詳細な縦磁場$$mu$$SR測定を行った。縦緩和率の縦磁場依存性より、揺動磁場の大きさ及び揺らぎの頻度が温度の関数として得られた。揺動磁場が磁気多極子の低エネルギー励起に起因する可能性について述べる。

論文

Novel features in filled skutterudites containing rare-earth elements with a plural number of 4f-electrons

佐藤 英行*; 青木 勇二*; 菊地 大輔*; 菅原 仁*; 髭本 亘; 大石 一城; 伊藤 孝; Heffner, R. H.; Saha, S. R.*; 幸田 章宏*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 404(5-7), p.749 - 753, 2009/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:22.79(Physics, Condensed Matter)

充填スクッテルダイト構造を持つ物質における強い電子相関に基づく現象は多岐に渡る。特に、複数の4f電子が含まれる場合は軌道の自由度が新たな非磁性又は弱磁性を伴う現象に大きな役割を果たす。Pr系及びSm系充填スクッテルダイト構造物質においてさまざまな例が見いだされており、これらとミュオンスピン緩和実験の関連を紹介する。

論文

The H-Invitational Database (H-InvDB); A Comprehensive annotation resource for human genes and transcripts

山崎 千里*; 村上 勝彦*; 藤井 康之*; 佐藤 慶治*; 原田 えりみ*; 武田 淳一*; 谷家 貴之*; 坂手 龍一*; 喜久川 真吾*; 嶋田 誠*; et al.

Nucleic Acids Research, 36(Database), p.D793 - D799, 2008/01

 被引用回数:51 パーセンタイル:74.53(Biochemistry & Molecular Biology)

ヒトゲノム解析のために、転写産物データベースを構築した。34057個のタンパク質コード領域と、642個のタンパク質をコードしていないRNAを見いだすことができた。

論文

Magnetic properties of SmRu$$_{4}$$P$$_{12}$$ probed by $$mu$$SR

伊藤 孝; 髭本 亘; 大石 一城; Heffner, R. H.; 西田 信彦*; 佐藤 一彦*; 菅原 仁*; 青木 勇二*; 菊地 大輔*; 佐藤 英行*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 68(11), p.2072 - 2075, 2007/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:7.92(Chemistry, Multidisciplinary)

充填スクッテルダイト化合物SmRu$$_4$$P$$_{12}$$$$T_{rm MI}$$=16.5Kにおいて磁気的な異常を伴った金属-絶縁体転移(MI転移)を示す。この物質の結晶場基底準位は$$Gamma_{67}$$四重項であると考えられており、これが多極子の自由度を有することから軌道秩序がMI転移の起源である可能性がある。われわれはMI転移に付随する磁気的な異常と基底状態を調べるために零磁場中においてミュオンスピン緩和法による測定を行った。温度の低下に伴い、零磁場におけるミュオンスピン緩和率が$$T_{rm MI}$$から単調増加して行く様子が観測された。この結果は、MI転移が磁気的な自由度にかかわる現象であることを端的にあらわしている。緩和率はさらに増加し続け、3Kからミュオンスピンの回転が観測されるようになる。ミュオンによって観測された内部磁場は遅い揺らぎを伴っており、この揺らぎは0.02Kにおいてほぼ凍結されて磁気的な基底状態に至る。内部磁場の分布から、磁気基底状態における秩序構造は非整合な反強磁性であると考えられる。

論文

Progress in the ITER physics basis, 3; MHD stability, operational limits and disruptions

Hender, T. C.*; Wesley, J. C.*; Bialek, J.*; Bondeson, A.*; Boozer, A. H.*; Buttery, R. J.*; Garofalo, A.*; Goodman, T. P.*; Granetz, R. S.*; Gribov, Y.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(6), p.S128 - S202, 2007/06

 被引用回数:759 パーセンタイル:98.25(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文は、1999年の"ITER Physics Basis"の刊行以降に世界各国の装置で得られた重要な成果について記述したものであり、本章ではMHD安定性及びディスラプションに関する成果が記述されている。MHD安定性に関しては、(1)鋸歯状振動,(2)新古典テアリングモード,(3)抵抗性壁モード,(4)誤差磁場,(5)先進シナリオにおけるMHD安定性に関する成果が記述されていて、ディスラプションに関しては、(1)ディスラプションの特徴・原因・頻度,(2)サーマルクエンチによるエネルギーの損失と堆積,(3)電流クエンチのダイナミクス,(4)ディスラプションにより発生する逃走電子,(5)統合モデルとシミュレーション,(6)ディスラプションの回避・予測・緩和に関する成果が記述されている。

論文

Evolution of local magnetic state in SmRu$$_4$$P$$_{12}$$ probed by muon spin relaxation

伊藤 孝; 髭本 亘; 大石 一城; 藤本 達也*; Heffner, R. H.; 西田 信彦*; 佐藤 一彦*; 菅原 仁*; 青木 勇二*; 菊地 大輔*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 76(5), p.053707_1 - 053707_4, 2007/05

 被引用回数:27 パーセンタイル:76.48(Physics, Multidisciplinary)

充填スクッテルダイト化合物SmRu$$_4$$P$$_{12}$$$$T_{MI}$$=16.5Kにおいて磁気的な異常を伴い金属絶縁体転移を起こす。結晶場基底状態の多極子の自由度から、この相転移が磁気八極子秩序である可能性が議論されている。われわれはミュオンスピン緩和法を用い、秩序相における局所的な磁性を調べた。零磁場において$$T_{MI}$$直下からミュオンスピン緩和率の増大が確認され、秩序相が自発的に時間反転対称性が破れた状態にあることを確認した。この結果は秩序変数が磁気八極子もしくは磁気双極子を含むことを示している。ミュオンが感じる静的な内部磁場の大きさは降温とともに単調増加を示し、$$T^{prime}$$=3K付近から急激に増大する。縦緩和率を調べると$$T^{prime}$$付近に極大を持つことから、$$T^{prime}$$以下において磁気揺らぎが抑制されていることがわかった。これらの実験事実を多極子の自由度に基づき議論した。

論文

Overview of national centralized tokamak program; Mission, design and strategy to contribute ITER and DEMO

二宮 博正; 秋場 真人; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 林 伸彦; 細金 延幸; 池田 佳隆; 井上 信幸; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S428 - S432, 2006/12

現在検討が進められているJT-60のコイルを超伝導コイルに置き換える計画(トカマク国内重点化装置計画)の概要について述べる。本計画はITER及び原型炉への貢献を目指しているが、その位置づけ,目的,物理設計及び装置設計の概要,今後の計画等について示す。物理設計については、特に高い規格化ベータ値を実現するためのアスペクト比,形状因子及び臨界条件クラスのプラズマや完全非誘導電流駆動のパラメータ領域等について、装置については物理設計と整合した設計の概要について示す。

論文

Overview of the national centralized tokamak programme

菊池 満; 玉井 広史; 松川 誠; 藤田 隆明; 高瀬 雄一*; 櫻井 真治; 木津 要; 土屋 勝彦; 栗田 源一; 森岡 篤彦; et al.

Nuclear Fusion, 46(3), p.S29 - S38, 2006/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:44.28(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク国内重点化装置(NCT)計画は、大学における成果を取り込みつつJT-60Uに引き続き先進トカマクを進めるための国内計画である。NCTのミッションは発電実証プラントに向けて高ベータ定常運転を実現するとともに、ITERへの貢献を図ることである。高ベータ定常運転を実現するために、装置のアスペクト比,形状制御性,抵抗性壁モードの帰還制御性,電流分布と圧力分布の制御性の機動性と自由度を追求した。

論文

Status of J-PARC muon science facility at the year of 2005

三宅 康博*; 西山 樟生*; 河村 成肇*; 牧村 俊助*; Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; Beveridge, J. L.*; 門野 良典*; 福地 光一*; 佐藤 伸彦*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 374-375, p.484 - 487, 2006/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:32.73(Physics, Condensed Matter)

物質生命科学実験施設の建屋の建設は2004年度の初めに開始された。2008年に加速器とビーム輸送系のコミッショニングが行われた後、2009年にはミュオンのユーザー利用が開始される。この論文ではJ-PARCミュオン科学実験施設建設の現状について述べる。

論文

Engineering design and control scenario for steady-state high-beta operation in national centralized tokamak

土屋 勝彦; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; et al.

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1599 - 1605, 2006/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:10.64(Nuclear Science & Technology)

JT-60定常高ベータ装置(トカマク国内重点化装置)は、経済的な核融合炉の実現を目指した定常高ベータプラズマ運転の実証が重要なミッションの一つである。現在、プラズマ形状及びアスペクト比について広いパラメータ領域で研究を行えるように、装置の物理的・技術的設計検討を進めている。本装置の目標とする高ベータプラズマは、自由境界MHD安定性限界を超えた領域にあるため、電子サイクロトロン加熱による新古典テアリングモードの抑制に加えて、安定化板及び容器内コイルを用いた壁不安定性モードの抑制など、さまざまなMHD不安定性の制御手法を駆使する必要がある。それらを踏まえて、今回は、高ベータと臨界条件クラスのプラズマを同時に達成できるプラズマパラメータの解析評価、及び自由境界MHD安定性限界を超えた高ベータプラズマの非誘導電流駆動制御シナリオの検討結果について報告する。また、広いパラメータ領域で定常高ベータプラズマ運転を実現させるための装置設計の現状に関して、超伝導コイル及び放射線遮へい材を中心に報告する。

論文

Design study of national centralized tokamak facility for the demonstration of steady state high-$$beta$$ plasma operation

玉井 広史; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤田 隆明; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; 細金 延幸; 市村 真*; et al.

Nuclear Fusion, 45(12), p.1676 - 1683, 2005/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:48.09(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク国内重点化装置の設計研究をまとめた。装置の設計は、プラズマのアスペクト比と形状制御性に関して自由度を広く確保できることが求められている。これは、ITERと平行して研究を進めるとともに、定常高ベータプラズマ運転についての科学的なデータベースをDEMOへ提供する観点から重要である。この目標に合致するように、プラズマのアスペクト比と形状の自由度の確保について、これまで比較的困難であったダイバータ排気性能との両立が図られるように装置設計を行った。この装置設計に基づいて、閉じ込め,安定性,電流駆動,ダイバータプラズマ等の物理性能を評価し、主目的である定常高ベータプラズマを実現するための制御方法を検討した。

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