A Modeling approach to estimate H discharge from rivers; Comparison of discharge from the Fukushima Dai-ichi and inventory in seawater in the Fukushima coastal region

佐久間 一幸; 町田 昌彦; 操上 広志; 岩田 亜矢子; 山田 進; 飯島 和毅

Science of the Total Environment, 806(3), p.151344_1 - 151344_8, 2022/02

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151344

Estimation of H discharge from river catchments is important to evaluate the effect of Fukushima Dai-ichi discharge and future planned H release to the ocean on the coastal environment. Using a previously developed model based on the tank model and observed H concentration in river water, the H discharge from the Abukuma River and 13 other rivers in the Fukushima coastal region were estimated from June 2013 to March 2020. The annual H discharge from catchments of the Abukuma River and 13 other rivers in the Fukushima coastal region during 2014-2019 were estimated to be 1.2-4.0 TBq/y. These values were approximately 2-22 times larger than the annual H discharge from the Fukushima Dai-ichi after 2016, indicating the significance of naturally derived H discharge from the catchments through the rivers. This estimation is expected to be useful to evaluate and predict H concentrations and inventories in the Fukushima coastal region for consideration of planned H release to the ocean.

High performance parallel LOBPCG method for large Hamiltonian derived from Hubbard model on multi-GPU systems

山田 進; 今村 俊幸*; 町田 昌彦

Supercomputing Frontiers, p.1 - 19, 2022/00

https://doi.org/10.1007/978-3-031-10419-0_1

本発表は科学研究費補助金(科研費)研究「エクサスケール計算機を想定した量子モデルシミュレーションに対する並列化・高速化」の一環として実施した量子問題計算に現れる大規模な対称疎行列の複数固有値を求める計算をGPUを用いて高速に計算する方法についての報告である。GPU側のメモリは小さいため、大規模な問題をGPUを用いて計算するとき、すべてのデータをGPU側のメモリに格納することができず、一部のデータをCPU側のメモリに格納することになるが、CPUとGPU間のデータのやり取りには多くの時間がかかる。そこで、LOBPCG法のアルゴリズムの特徴を考慮してこのデータのやり取りを削減する方法を提案した。実際に原子力機構のスパコンHPE SGI8600のGPUシステムを用いた並列計算から提案方法を用いることで高速化を実現できることを確認した。この成果は、固有値計算の高速計算だけでなく、現在の主流の1つであるGPU計算機の有効利用に資する成果でもある。

シルトフェンスを2重に設置した際の汚濁物質拡散抑制効果の検討

田中 みのり*; 渡部 真史*; 町田 昌彦; 山田 進; 榎本 容太*; 郡司 滉太*; 有川 太郎*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 76(2), p.I_103 - I_108, 2020/11

https://doi.org/10.2208/kaigan.76.2_I_103

原子力規制庁の受託研究に基づき実施した水路に2枚のシルトフェンスを設置した際の汚濁物質の拡散防止効果の評価を目標とした水理模型実験の結果報告である。シルトフェンスを適切な間隔で2枚設置すると1枚目のシルトフェンスの影響で2枚目のふかれ量が少なくなり、1枚だけの場合よりもより多くの汚濁物質が捕捉できるようになることを報告する。また、平面水槽実験においても同様の結果が得られたことも報告する。

Applications of radiocesium migration models to Fukushima environmental issues; Numerical analysis of radiocesium transport in temperature-stratified reservoirs by 3D-Sea-SPEC

山田 進; 町田 昌彦; 操上 広志

Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020), p.140 - 146, 2020/10

BB2019-1620.pdf:0.72MB

本発表は、2011年の福島第一原子力発電所の事故により環境中に放出され、地上に降下した放射性セシウムのダム内での振る舞いの研究についての発表である。大きなダムでは、夏期に上層の水温が高く下層が低い状態が保たれる水温の成層化と呼ばれる状態が観測されており、成層化しているダム内での詳細な振る舞いを計算機シミュレーションにより評価するためには、その状態を考慮した機能を追加することが必須である。そこで、これまでに著者らが開発してきた3次元流体シミュレーションコード「3D-Sea-SPEC」に水平方向の移動に関する補正機能を追加することで、温度の成層化を再現することを可能にした。本発表では、「3D-Sea-SPEC」の紹介を行うとともに、成層化を再現するための補正方法について報告する。また、水温を変化させたシミュレーションを実施し、ダム内が成層化する条件を調査するとともに、水温の成層化の有無による放射性セシウムの振る舞いの違いを評価し、その結果を報告する。

Seven-year temporal variation of caesium-137 discharge inventory from the port of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant; Continuous monthly estimation of caesium-137 discharge in the period from April 2011 to June 2018

町田 昌彦; 山田 進; 岩田 亜矢子; 乙坂 重嘉; 小林 卓也; 渡辺 将久; 船坂 英之; 森田 貴己*

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(8), p.939 - 950, 2020/08

https://doi.org/10.1080/00223131.2020.1740809

2011年45月にかけて発生した東京電力ホールディングス・福島第一原子力発電所2号機及び3号機からの汚染水の海洋への直接流出以後、神田は相対的に小さいが連続的な放射性物質の流出が引き続き起こっていることを指摘している。しかし、その期間は2012年9月までであり、その後の流出量の推定についての報告はない。そこで、本論文では、その後を含めて2011年4月から2018年6月までの7年間に渡りCsの流出量を推定した結果を報告する。報告のない時期、国・東京電力ホールディングスは、流出を抑制するための努力を続け、港湾内海水の放射性核種濃度は徐々に減少している。われわれは、一月単位でCsの流出量を二つの手法、一つは神田の提案した手法だがわれわれの改良を加えた手法とボロノイ分割によるインベントリー評価法を使い評価した。それらの結果から、前者の手法は常に後者の手法と比べて保守的だが、前者の後者に対する比は1桁の範囲内であることが分かった。また、それらの推定量から簡単に沿岸域に対するインパクトを評価し、特に魚食による内部被ばく量を推定したところ、福島第一原子力発電所(1F)の海洋流出量に基づく内部被ばく分は極めて小さいことが分かった。

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

https://doi.org/10.1007/s11227-019-02983-7

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。

福島第一原発港湾からの放射性セシウム137の推定流出量の変遷; 2011年4月2018年6月までの7年間に渡る月間流出量の推定

町田 昌彦; 山田 進; 岩田 亜矢子; 乙坂 重嘉; 小林 卓也; 渡辺 将久; 船坂 英之; 森田 貴己*

日本原子力学会和文論文誌, 18(4), p.226 - 236, 2019/12

https://doi.org/10.3327/taesj.J18.030

2011年45月にかけて発生した東京電力HD・福島第一原子力発電所2号機及び3号機からの汚染水の海洋への直接流出以後、神田は相対的に小さいが連続的な放射性物質の流出が引き続き起こっていることを指摘している。しかし、その期間は2012年9月までであり、その後の流出量の推定についての報告はない。そこで、本論文では、その後を含めて2011年4月から2018年6月までの7年間に渡りCs-137の流出量を推定した結果を報告する。報告のない時期、国・東京電力HDは、流出を抑制するための努力を続け、港湾内海水の放射性核種濃度は徐々に減少している。われわれは、一月単位でCs-137の流出量を二つの手法、一つは神田の提案した手法だがわれわれの改良を加えた手法とボロノイ分割によるインベントリー評価法を使い評価した。それらの結果から、前者の手法は常に後者の手法と比べて保守的だが、前者の後者に対する比は1桁の範囲内であることが分かった。また、それらの推定量から簡単に沿岸域に対するインパクトを評価し、特に魚食による内部被ばく量を推定したところ、1Fの海洋流出量に基づく内部被ばく分は極めて小さいことが分かった。

Enhancement of element production by incomplete fusion reaction with weakly bound deuteron

Wang, H.*; 大津 秀暁*; 千賀 信幸*; 川瀬 頌一郎*; 武内 聡*; 炭竃 聡之*; 小山 俊平*; 櫻井 博儀*; 渡辺 幸信*; 中山 梓介; et al.

Communications Physics (Internet), 2(1), p.78_1 - 78_6, 2019/07

https://doi.org/10.1038/s42005-019-0165-1

陽子(あるいは中性子)過剰核の効率的な生成経路を探索することは、原子核反応研究の主な動機のひとつである。本研究では、Pdに対する核子当たり50MeVの陽子および重陽子入射による残留核生成断面積を逆運動学法によって測定した。その結果、重陽子入射ではAgやPd同位体の生成断面積が大きくなることを実験的に示した。また、理論計算による解析から、この生成断面積の増大は重陽子の不完全融合反応に起因することを示した。これらの結果は、陽子過剰核の生成において重陽子のような弱束縛核の利用が有効であることを示すものである。

Network system operation for J-PARC accelerators

上窪田 紀彦*; 山田 秀衛*; 佐藤 健一郎*; 菊澤 信宏; 山本 昇*; 吉田 奨*; 根本 弘幸*

Proceedings of 16th International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS 2017) (Internet), p.1470 - 1473, 2018/01

https://doi.org/10.18429/JACoW-ICALEPCS2017-THPHA047

J-PARC加速器制御用のネットワークシステムは、2005年以来10年以上運用されてきた。加速器制御ネットワークは、J-PARCの3加速器(リニアック, 3Gevシンクロトロン, MR)と3実験施設(物質・生命科学実験施設,ニュートリノ実験施設,ハドロン実験施設)をカバーし、エッジスイッチの総数は約250である。その全体構成(光ネットワーク網)、冗長機能、VLAN構成、について現状を説明する。次に、オフィスネットワーク(JLAN)と加速器制御ネットワークとの関係について説明する。2つのネットワークの間にFirewallを導入して直接通信を禁止する一方で、双方から制限付きで通信できる別ネットワークを設定した。この手法で、アクセス制限(セキュリティ)と接続性(利便性)の両立を図っている。また、J-PARC加速器制御システムのセキュリティ運用について説明する。オフィスネットワークからのウィルス感染を防ぐための複数のアクセス制限や、アンチウィルスソフトの端末への適用状況について解説する。

Application of a preconditioned Chebyshev basis communication-avoiding conjugate gradient method to a multiphase thermal-hydraulic CFD code

井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; 真弓 明恵; 山田 進; 今村 俊幸*

Lecture Notes in Computer Science 10776, p.257 - 273, 2018/00

https://doi.org/10.1007/978-3-319-69953-0_15

前処理付チェビシェフ基底省通信共役勾配(P-CBCG)法を多相熱流体CFDコードJUPITERにおける圧力ポアソン方程式に適用し、8,208台のKNLプロセッサを搭載したOakforest-PACS上で計算性能と収束特性を前処理付共役勾配(P-CG)法や前処理付省通信共役勾配(P-CACG)法と比較した。P-CBCG法は収束特性のロバースト性を維持しつつ集団通信回数を削減する。このロバースト性向上により、P-CACG法と比べて一桁以上大きい省通信ステップ数を実現する。2,000プロセッサを用いた場合、P-CBCG法はP-CG法, P-CACG法と比べてそれぞれ1.38倍, 1.17倍高速であることを示した。