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小川 達彦; 佐藤 達彦; 橋本 慎太郎; 仁井田 浩二*
Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 11 Pages, 2015/04
インクルーシブ断面積と運動量・エネルギー保存則に従いながら、核反応イベント毎のエネルギーや運動量を復元する新しい放射線輸送計算アルゴリズムを開発した。これまでのモンテカルロ計算アルゴリズムでは、粒子の平均的挙動を解析することはできたが、平均値周りの分散を考慮することはできなかった。さらに、核反応から生じる二次粒子の運動や残留核の反跳を計算することは不可能であった。この問題を解決するために、PHITSで平均値周りの分散や二次粒子・残留核の挙動を解析するイベントジェネレータモードをさらに改良し、従来精度に問題のあった(n,np),(n,na)などの荷電粒子放出反応にも適用できるようにした。さらに、この新しいアルゴリズムの影響力を評価するため、線量換算係数の評価やソフトエラー見積り、放射線損傷計算など様々なケーススタディに適用し、その影響が顕著であることを示した。なお、この新しいアルゴリズムはイベントジェネレータモードバージョン2として、2014年夏リリースのPHITSバージョン2.70以降に実装され、ユーザーに配布されている。
長家 康展
Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 9 Pages, 2015/04
即発中性子減衰定数をモンテカルロ法で計算する新しい手法を開発した。これは、これまでの
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検索アルゴリズムに基づいているが、値の検索について反復は必要ないという利点がある。固有値を値に関するテイラー級数近似で表現し、微分係数を、モンテカルロ摂動計算手法の1つである微分演算子サンプリング法で計算するものである。新しい手法の適用性を調べるために、単純な体系について検証計算を行った。パルス中性子法シミュレーションと値の定義から直接計算した値との比較を行い、新しい手法で計算した値は、パルス中性子法シミュレーションの参照解とよく一致することが示された。
Malins, A.; 奥村 雅彦; 町田 昌彦; 斎藤 公明
Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 12 Pages, 2015/04
Land topography can affect air radiation dose rates by locating radiation sources closer to, or further, from detector locations when compared to perfectly flat terrain. Hills and slopes can also shield against the propagation of 
rays. To understand the possible magnitude of topographic effects on air dose rates, this study presents calculations for ambient dose equivalent rates at a range of heights above the ground for varying land topographies. The geometries considered were angled ground at the intersection of two planar surfaces, which is a model for slopes neighboring flat land, and a simple conical geometry, representing settings from hilltops to valley bottoms. In each case the radiation source was radioactive cesium fallout, and the slope angle was varied systematically to determine the effect of topography on the air dose rate. Under the assumption of homogeneous fallout across the land surface, and for these geometries and detector locations, the dose rates at high altitudes are more strongly affected by the underlying land topography than those close to ground level. At a height of 300m, uneven topographies can lead to a 50% change in air dose rates compared to if the ground were uniformly flat. However, in practice the effect will more often than not be smaller than this, and heterogeneity in the source distribution is likely to be a more significant factor in determining local air dose rates.
松岡 清吉*; 佐竹 真介*; 井戸村 泰宏; 今村 俊幸*
Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 13 Pages, 2015/04
プラズマ輸送のモンテカルロ粒子コードを用いて並列擬似乱数発生ライブラリKMATH_RANDOMの特性と性能を評価した。本ライブラリはジャンプルーチンを伴うメルセンヌ・ツイスタに基いて実装されており、京コンピュータのような超並列スーパーコンピュータに適し、容易に利用可能である。本ライブラリは擬似乱数発生器の特性と性能を劣化させることなく粒子コードの並列化を数千プロセスまで向上する。その結果、大量の乱数を効率的に発生させることが可能となり、粒子コードで数値ノイズに起因する非物理的な現象を除去できるようになった。
古田 琢哉; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 仁井田 浩二*; 石川 顕一*; 野田 茂穂*; 高木 周*; 前山 拓哉*; 福西 暢尚*; 深作 和明*; et al.
Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 9 Pages, 2015/04
粒子・重イオン輸送計算コードPHITSには計算時間短縮のために、二種類の並列計算機能が組み込まれている。一つはメッセージパッシングインターフェイス(MPI)を利用した分散メモリ型並列計算機能であり、もう一つはOpenMP指示文を利用した共有メモリ型並列計算機能である。それぞれの機能には利点と欠点があり、PHITSでは両方の機能を組み込むことで、利用者のニーズに合わせた並列計算が可能である。また、最大並列数が8から16程度のノードを一つの単位として、数千から数万というノード数で構成されるスーパーコンピュータでは、同一ノード内ではOpenMP、ノード間ではMPIの並列機能を使用するハイブリッド型での並列計算も可能である。それぞれの並列機能の動作について解説するとともにワークステーションや京コンピュータを使用した適用例について示す。
山田 進; 北村 哲浩; 操上 広志; 町田 昌彦
Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 9 Pages, 2015/04
本発表は福島長期環境動態研究(F-TRACE)の一環として実施した2次元河川シミュレーションコードNays2Dの並列化に関する報告である。放射性セシウムは粒径の小さい土砂に吸着し、河川など流水の影響を受け土砂と一緒に移動する。そのため、河川による土砂の移動をシミュレーションすることでセシウムの振る舞いを予測することができる。河川の流れは地形の影響を大きく受けるため、詳細な土砂の堆積位置を知るためには2次元モデルのシミュレーションが必要になるが、計算量が多く広い範囲のシミュレーションを実施することが困難である。そこで、2次元河川シミュレーションコードNays2Dを並列化した。特筆すべき成果は、この並列化により、原子力機構のBX900を用いた並列計算で10倍以上の高速化を実現し、実際に、大柿ダム内の粘土の振る舞いのシミュレーションを実施し、現実的な時間でシミュレーションすることに成功したことである。この結果は、並列化により、現実的な時間で詳細な土砂の振る舞いを予測することが可能になったことを示しており、計算科学だけでなく、環境動態研究にも資する成果である。
西田 明美; 村松 健; 高田 毅士*
Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 11 Pages, 2015/04
原子力機構では、計算科学技術を活用した原子力施設の耐震安全性評価手法の高度化に資するため、3次元仮想振動台システムを用いた次世代地震PRA手法の開発を進めている。次世代地震PRAは、評価対象サイトに強い地震動を生じうる全ての震源を考慮して、個々の地震動の発生頻度が明らかな地震動群を作成し、これらを入力とした地盤・建屋・機器の3次元モデルの地震応答解析により得られた建屋や機器の応答を耐力と比較することで直接的に建屋や機器の損傷頻度を評価しようとするものである。これまでに、大洗の原子力施設を対象として次世代地震PRAに資する地震波群200波(
3方向)(以降、ハザード適合地震波という)等を作成している。本論文では、ハザード適合地震波を入力とする建屋・機器の3次元有限要素モデルによる地震応答解析、および、その結果の分析と考察について述べる。
町田 昌彦; 奥村 雅彦; 中村 博樹; 櫻本 和弘*
Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 12 Pages, 2015/04
福島第一原子力発電所から放出された放射性セシウムの環境中での物理化学的性質を明らかにするため、本発表では二つの課題について第一原理計算手法によって研究した成果を発表する。課題の一つ目は、セシウムイオンの水和構造であり、二つ目は、セシウムイオンの粘土鉱物に対する吸着形態である。一つ目の課題については、第一原理計算手法の中でもボルンオッペンハイマー第一原理分子動力学法と呼ばれる計算手法を用い、他のアルカリ元素イオンの水和構造と異なり、第二水和殻がほとんどないことを明らかにし、二つ目の課題については、ほつれたエッジと呼ばれている粘土層間が開いたモデルを構築し、それに対してイオン交換エネルギーを計算した結果を示すことで、セシウムが選択的にそのエッジに吸着されることを明かにする。