Design and actual performance of J-PARC 3 GeV rapid cycling synchrotron for high-intensity operation

山本 風海; 金正 倫計; 林 直樹; Saha, P. K.; 田村 文彦; 山本 昌亘; 谷 教夫; 高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 菖蒲田 義博; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(9), p.1174 - 1205, 2022/09

https://doi.org/10.1080/00223131.2022.2038301

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、最大1MWの大強度ビームを25Hzという早い繰り返しで中性子実験及び下流の主リングシンクロトロンに供給することを目的に設計された。2007年の加速器調整運転開始以降、RCSではビーム試験を通じて加速器の設計性能が満たされているかの確認を進め、必要に応じてより安定に運転するための改善を行ってきた。その結果として、近年RCSは1MWのビーム出力で連続運転を行うことが可能となり、共用運転に向けた最後の課題の抽出と対策の検討が進められている。本論文ではRCSの設計方針と実際の性能、および改善点について議論する。

JAEA activities related to the use of computer programs and databases in the nuclear field

鈴木 喜雄; 大谷 孝之; 坂本 健作; 高倉 正博*; 桑原 康弘*

Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020), p.287 - 294, 2020/10

日本原子力研究開発機構(JAEA)システム計算科学センター(CCSE)高性能計算技術利用推進室では、JAEAでの研究開発成果の普及と研究開発効率の向上に向け、JAEAで開発されたコンピュータープログラム(CP)とデータベース(DB)の管理を担当している。これらCPおよびDBの情報は、我々が開発したPROgram and DAta base retrieval System (PRODAS)(https://prodas.jaea.go.jp)を利用して検索することができる。また、日本では、OECD NEAデータバンク(NEADB),米国の放射線安全情報計算センター(RSICC)、および国際原子力機関(IAEA)が保有する原子力分野のCPおよびDBを取得できる。本論文では、JAEA内で開発されたCPとDBの所蔵と配布の最近の状況と、国際的に原子力分野のCPとDBを入手・提供するためのフレームワークを紹介する。

Error estimation in observed acceleration data toward V&V of a seismic simulation

鈴木 喜雄; 飯垣 和彦

JAEA-Data/Code 2018-009, 41 Pages, 2018/09

JAEA-Data-Code-2018-009.pdf:3.14MB

原子力施設全体を対象とした耐震シミュレーションの検証・妥当性確認(V&V)に向け、観測により得られた加速度データに含まれる誤差を推定するためのアプローチを提案する。V&Vのプロセスにおいて、シミュレーション結果と実験/観測結果を比較するには、実験/観測データに含まれる誤差を推定する必要がある。観測された加速度データには、観測システム自身が有する計測精度に関わる誤差と、観測システムが計測したデータに含まれ得る外乱から生じる誤差の二つがあると考えた。これらの誤差を推定するため、加速度計測システムの仕様に基づく手法と、時系列解析手法をそれぞれ用いることとした。また、実際の手順を明確にするため、これらの手法を日本原子力研究開発機構大洗研究開発センターの高温工学試験研究炉(HTTR)で観測された加速度データに適用している。

Investigation of error estimation method of observational data and comparison method between numerical and observational results toward V&V of seismic simulation

鈴木 喜雄; 川上 義明*; 中島 憲宏

Mechanical Engineering Reviews, 4(1), p.15-00525_1 - 15-00525_18, 2017/01

https://doi.org/10.1299/mer.15-00525

耐震シミュレーションの検証と妥当性確認(Verification and Validation: V&V)に向けて、観測結果に含まれる誤差を見積もる方法と、見積もった誤差を用いて観測結果とシミュレーション結果の比較を行う方法について、これまでどのような方法が利用あるいは提案されているか調査した。調査の結果、観測結果に含まれる誤差を見積もる方法としては、分解能、直線性、感度温度係数、零点変動の温度係数、横感度などの記録時における誤差混入、換振器特性によるそれら誤差の増幅、エイリアジングの影響と後処理段階での零基線設定などを考慮し、それぞれから生じる誤差を個別に見積もるとともに統合して見積もる必要があることが分かった。観測結果とシミュレーション結果の比較を行う方法としては、これまで、主に6つの方法が利用あるいは提案されており、それぞれどのような利点・欠点があるか整理した。その結果、比較を行う方法は必ずしも十分確立されておらず、各方法を欠点を考慮しながら利用していく、いくつかの方法を組み合わることでそれぞれの欠点をカバーしていく、あるいは、新たな方法を模索していく必要があることが分かった。

Real-time observation of rotational twin formation during molecular-beam epitaxial growth of GaAs on Si (111) by X-ray diffraction

鈴木 秀俊*; 仲田 侑加*; 高橋 正光; 池田 和磨*; 大下 祥雄*; 諸原 理*; 外賀 寛崇*; 森安 嘉貴*

AIP Advances (Internet), 6(3), p.035303_1 - 035303_6, 2016/03

https://doi.org/10.1063/1.4943511

The formation and evolution of rotational twin (TW) domains introduced by a stacking fault during molecular-beam epitaxial growth of GaAs on Si (111) substrates were studied by in situ X-ray diffraction. To modify the volume ratio of TW to total GaAs domains, GaAs was deposited under high and low group V/group III (V/III) flux ratios. For low V/III, there was less nucleation of TW than normal growth (NG) domains, although the NG and TW growth rates were similar. For high V/III, the NG and TW growth rates varied until a few GaAs monolayers were deposited; the mean TW domain size was smaller for all film thicknesses.

「京」利用による次世代耐震シミュレーションの例証

中島 憲宏; 鈴木 喜雄; 宮村 浩子; 西田 明美; 川上 義明; Guo, Z.; 富山 栄治*

計算工学, 20(4), p.3338 - 3340, 2015/12

HPCI戦略プロジェクトの分野4ものづくりにおける課題5「原子力施設等の大型プラントの次世代耐震シミュレーションに関する研究開発」の研究開発内容について解説した。例証は高温工学試験研究炉を対象としている。FIESTA(Finite Element Analysis for Structure of Assembly)を京上に実装し、その並列化効率や実装効率を報告した。また、大規模可視化技術による可視化事例も報告した。

three-dimensional X-ray reciprocal-space mapping of InGaAs multilayer structures grown on GaAs(001) by MBE

佐々木 拓生; 高橋 正光; 鈴木 秀俊*; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Journal of Crystal Growth, 425, p.13 - 15, 2015/09

https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2015.03.044

three-dimensional X-ray reciprocal space mapping ( 3D-RSM) was employed for studying molecular beam epitaxial (MBE) growth of InGaAs multilayer structures on GaAs(001). Measuring the symmetric 004 diffraction allowed us to separately obtain film properties of individual layers and to track the real-time evolution of both residual strain and lattice tilting. In two- layer growth of InGaAs, significant plastic relaxation was observed during the upper layer growth, and its critical thickness was experimentally determined. At the same thickness, it was found that the direction of lattice tilting drastically changed. We discuss these features based on the Dunstan model and confirm that strain relaxation in the multilayer structure is induced by two kinds of dislocation motion (dislocation multiplication and the generation of dislocation half-loops).

Nondestructive elemental depth-profiling analysis by muonic X-ray measurement

二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 長友 傑*; 髭本 亘; 伊藤 孝; 河村 成肇*; Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; 鈴木 栄男*; et al.

Analytical Chemistry, 87(9), p.4597 - 4600, 2015/05

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b01169

Elemental analysis of materials is fundamentally important to science and technology. Many elemental analysis methods have been developed, but three-dimensional nondestructive elemental analysis of bulk materials has remained elusive. Recently, we developed a nondestructive depth-profiling elemental analysis method after a decade of research. This new method utilizes a new type of probe; a negative muon particle and high-energy muonic X-rays emitted after the muon stops in a material. We performed elemental depth profiling on an old Japanese gold coin (Tempo-Koban) using a low-momentum negative muon beam and successfully determined that the Au concentration in the coin gradually decreased with depth over a micrometer length scale.

4次元データにおける特徴領域探索のための2次元可視化

宮村 浩子; 河村 拓馬; 鈴木 喜雄; 井戸村 泰宏; 武宮 博

情報処理学会論文誌, 55(9), p.2216 - 2224, 2014/09

http://ci.nii.ac.jp/naid/110009822864

数値シミュレーションでは、ある変量軸を設定して計算し、その変量の変化に応じて結果が変化する様子を観察することが行なわれる。対象となるモデルが3次元である場合、シミュレーション結果は4次元となる。このような4次元以上の多次元データの解析は、空間軸と変量軸で構成された多次元空間内を精査して特徴領域を特定する必要がある。しかし、多次元かつ大規模な対象データから特徴領域を探し出す作業は、膨大な手間と時間を要する。さらにすべての特徴領域を見逃しなく発見することは困難である。本研究では、4次元データから特徴領域を発見するために、動画像解析技術である時空間画像を応用した2次元可視化手法を提案する。具体的には、8分木構造を用いて空間軸を作成し、その軸と垂直に変量軸を作成することで4次元データを2次元画像として可視化する。実際に提案手法を原子力施設の耐震シミュレーション結果と固有値解析シミュレーション結果に適用し、応力値が相対的に高い領域の発見や、周波数ごとに影響を受ける領域の探索を実施した。その結果、提案手法を用いることで複雑かつ大規模な4次元データから特徴領域を効率的に発見できることを確認した。

地域の参加を取り入れた立地選定事例の調査; ベルギー,英国,スイスにおける立地選定プロセス

景山 仁志; 鈴木 慎二; 広瀬 郁朗; 吉岡 龍司

JAEA-Review 2014-019, 79 Pages, 2014/06

JAEA-Review-2014-019.pdf:9.93MB

放射性廃棄物の処分場サイトの立地選定に際しては、地域の参加を取り入れる立地選定方策が近年海外で採用されつつある。我が国の立地選定方策を検討する際に参考となる情報を整理するため、海外事例のうち、ベルギー,英国,スイスにおける立地選定プロセスの調査を行った。本調査を通じて、各国の事例の長所と短所を吟味し、我が国で地域参加を取り入れた立地選定方策について考察するに際しては、我が国の現在及び今後の社会情勢等を十分に踏まえながら、慎重に検討していくことが必要であると考えられる。