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論文

福島県内を想定した複雑な実環境中での空間線量率分布解析システム(3D-ADRES)の研究開発; リモートセンシング情報の活用と各環境因子(地形・土壌・建物・樹木等)の影響評価

Kim, M.; Malins, A.; 佐久間 一幸; 北村 哲浩; 町田 昌彦; 長谷川 幸弘*; 柳 秀明*

RIST News, (64), p.3 - 16, 2018/09

環境中に放出された放射線源による空間線量率の正確な分布は、住民の被ばく量を評価し、それを可能な限り低減するための必須な情報となる。しかし、市街地・森林等は複雑な構造物や樹木が存立する他、地形も平坦ではなく放射線の散乱や遮蔽が頻繁に起こるため、空間線量率の分布は非一様となる。加えて放射線源の不均質な分布は更にそれを複雑なものとするため、正確な空間線量率の分布を知ることは容易ではない。そこで、日本原子力研究開発機構・システム計算科学センターは、福島環境安全センターと連携し、福島県内の市街地や森林等の複雑な環境中の地形・樹木・建物等の3次元のリアルな構造物モデルを構築し、更に不均質な放射性セシウムの線源分布を取り込むことを可能とすることで、空間線量率の3次元分布が計算可能なシステム(3D - Air Dose Rate Evaluation System:略称3D-ADRES)を開発した。3D-ADRESでは、人工衛星画像等のリモートセンシング情報や種々の地理情報等を最大限に活用し、構造物を認識(一部自動化済み)した後、その構造をリアルにモデル化し、モンテカルロ計算コードPHITS用フォーマットに変換することで、シミュレーションによる詳細な空間線量率分布を取得可能とする。本稿では、そのシステムの概要について記し、実際の計算例を示す他、今後の課題についても記す。

論文

無限、複雑性科学とスーパーコンピューター

三浦 幸俊

RIST News, (61), p.1 - 2, 2016/07

最近のスーパーコンピューターの処理能力は、1秒間に1PFlops=1,000,000,000,000の処理をする。数字的には無限に近い演算を行なっている。そこで、無限大の数に関する数学的な考え方を解説し、また、分子等が多数(無限と思える数)の集団として、衝突、摩擦などを行なう振る舞いは、「複雑系」と呼ばれる振る舞いを示す。この複雑な自己組織化する振る舞いもスーパーコンピューターが限りなくその能力を発揮し、我々に未知なることの姿を教えてくれるだろうと考えている(巻頭言)。

論文

レーザーコーティングプロセスの計算科学シミュレーションと加工条件の導出

村松 壽晴

RIST News, (60), p.22 - 27, 2016/01

レーザー加工において、意図した性能や製品を実現するためには、ここで発生する溶融・凝固現象などを含む複合物理過程を把握した上で、レーザー照射条件などを適切に設定する必要がある。しかし、この条件適切化作業は、繰返しによる膨大なオーバーヘッドを伴うのが一般的であり、多品種少量生産などを指向する産業分野へのレーザー加工技術の導入を阻害する一因ともなっている。日本原子力研究開発機構では、加工材料にレーザー光が照射されてから加工が完了するまでの複合物理過程を定量的に取扱えるようにするため、ミクロ挙動とマクロ挙動とを多階層スケールモデルにより接続した計算科学シミュレーションコードSPLICEを開発中である。このSPLICEコードをレーザーコーティングプロセスに適用し、設計空間の可視化、レーザー照射条件の設定などを通じて、コーティングプロセスに係わるオーバーヘッドを効果的に低減させることが可能であることを確認した。

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

セシウム高選択性吸着材ゼオライトに対する数値シミュレーション研究の進展; 第一原理計算及びモンテカルロ法による吸着性能評価

中村 博樹; 奥村 雅彦; 町田 昌彦

RIST News, (58), p.33 - 46, 2015/01

東京電力福島第一原子力発電所事故以降、放射性セシウムの優れた吸着材として、ゼオライトやフェロシアン化物等が注目され多くの研究が行われてきた。それらは実際に、汚染水処理や環境水のセシウム浄化等に用いられ、その優れた性能は広く認知されている。しかしながら、その高い性能の微視的メカニズムは十分に研究されておらず、更なる性能向上を目指す際に必要な材料学的指針は未だ得られていない。また、実験により様々な吸着材候補物質の性能が評価されてきたが、実験条件によって得られるデータは異なる等、物質本来の性能評価は容易でなく、計算科学による精度の高い性能評価が求められている。本論文では最新の計算科学的手法を用いることで、上記の課題に取り組んできた主な研究開発の成果、特に第一原理計算とモンテカルロ法による成果を詳しく解説し、より効率的な吸着物質の開発に貢献することを目標としている。

論文

ハイパフォーマンスコンピューティングの進展によるプラズマ乱流研究のブレークスルー

前山 伸也

RIST News, (57), p.15 - 23, 2014/07

磁場閉じ込め型核融合装置におけるプラズマの閉じ込め特性はプラズマ中で生じる乱流輸送により大きく左右される。近年の超並列計算機の性能向上と並列計算技術の開発により、プラズマ乱流シミュレーション研究は大きく進展してきている。本稿では、京コンピュータにおけるプラズマ乱流シミュレーションコードGKVの最適化手法と並列演算性能向上に対する効果について解説する。さらに、コードの大幅な性能向上により実現された、電子/イオン系マルチスケール乱流シミュレーション解析について紹介する。

論文

最新版PHITSコードの特徴

佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 野田 秀作; 小川 達彦; 中島 宏; 深堀 智生; 奥村 啓介; et al.

RIST News, (54), p.14 - 24, 2013/01

粒子・重イオン挙動解析コードPHITSは、原子力分野のみならず工学・医学・理学の多様な分野で国内外800名以上のユーザーに幅広く利用されている。その最新版(バージョン2.52)が2012年12月に公開された。最新版の主な特徴は、(1)新しい核反応モデルの組込と改良、(2)メモリ共有型並列計算機能の導入、(3)統計誤差計算方法の改良と再開始計算機能の導入、(4)残留放射能計算機能の組込、(5)核データ及び原子データライブラリの改訂、(6)ユーザーサポートツールの強化 などである。これらの成果により、PHITSの計算精度・速度・機能などが格段に向上され、そのさらなる利用拡大が期待できる。本稿では、その最新版の特徴について解説する。

論文

原子力施設のための3次元仮想振動台システムの研究開発への取り組み

西田 明美; 鈴木 喜雄; 山田 知典; 木野 千晶; 鵜沢 憲*; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 武宮 博; 中島 憲宏

RIST News, (54), p.33 - 37, 2013/01

原子力施設は複雑かつ巨大な構造物であり、多数の部品から成り立っている。このような複雑・巨大構造物の挙動をシミュレーションしようとするときには、解析技術だけではなく、プリポスト処理を含めた総合的なシステムとしての視点が重要となる。そこで、システム計算科学センターでは、構造部品を部品単位で認識し、必要な解析のためのデータを組み上げていく組立構造解析アプローチを提案し、原子力施設のような複雑・巨大構造物の挙動解析のためのフレームワークを試作した。これまでに、原子力機構大洗研究開発センターにある高温工学試験研究炉の建屋や機器のデータを用いた数値実験を行い、原子力施設全体での大規模地震応答シミュレーションが可能であることを実証した。本稿では、3次元仮想振動台システムのフレームワーク、システムの核となる組立構造解析アプローチ、結果評価のための可視化技術、および、3次元仮想振動台システムの適用研究として2011年より着手した地震リスク評価への試みについて述べる。

論文

除染効果評価システムCDEを用いた除染計画の検討

佐藤 大樹; 大泉 昭人; 松田 規宏; 小嶋 健介; 久語 輝彦; 坂本 幸夫*; 遠藤 章; 岡嶋 成晃

RIST News, (53), p.12 - 23, 2012/09

福島第一原子力発電所の事故により、環境中に放出された放射性物質に対する効率的な除染計画の立案を支援するために、除染効果評価システムCDEを開発した。CDEはグラフィカル・ユーザー・インターフェースを通した簡便な操作で、除染前後の空間線量率と除染効果(線量率減少係数)をシミュレーションし、その結果を除染対象領域の地形図上に可視化する。本稿では、CDEを用いた除染計画の検討方法の例として、福島県伊達市下小国地区を対象としたケーススタディの結果を示した。具体的には、集落において除染対象領域を順次拡大していった場合や除染方法を変更した場合の除染効果への影響を調べた。その結果、下小国地区の家屋周辺の空間線量率を効果的に低減させるには、一般的な除染方法を採用して、その周辺部の除染から実施することが望ましく、また畑やグラウンドを除染することで集落全体の空間線量率を下げることができるとわかった。本研究により、CDEのようなコンピュータ・シミュレーションを用いた除染計画検討の有用性が示された。

論文

PHITSコードの公開と開発の現状

佐藤 達彦

RIST News, (51), p.13 - 19, 2011/07

粒子・重イオン挙動解析コードPHITSは、2010年5月に公開されて以降、原子力分野のみならず工学・医学・理学の多様な分野で幅広く利用されている。本稿では、国内,国外それぞれにおけるPHITSの入手方法,利用に関する種々のサポートに続き、以下に述べるコードの改良のための取り組みを紹介する。核反応モデルの改良,核データライブラリの整備,残留放射能の計算機能,DPA計算機能,デルタ線生成機能,光核反応モデルの改良,電磁カスケードコードEGSとの統合,臨界計算が可能なMVPとの統合。

論文

熱水力安全解析コードの開発に関する我が国と海外の動向

中村 秀夫

RIST News, (51), p.30 - 42, 2011/07

軽水炉の安全を確保するためには、原子炉システムの設計段階において、考え得る事故条件に対しても炉心が十分な余裕を持って冷却され続けることを、解析コードを用いた安全評価により確認しておく必要がある。福島第一原子力発電所の事故は、安全評価の前提に不十分な点があったことを思い知らされる事態であったが、精度良く事故現象を模擬できる解析コードの重要性をあらためて強く認識させるものでもあった。ここでは、安全評価などに用いられる熱水力解析コードの種類や利用法,開発状況をあらためて振り返り、関連する例として最近の韓国や中国でのコード開発を概観するとともに、我が国における今後のコード開発について考察した。

論文

PHITSコードのトカマク型核融合試験装置への適用

助川 篤彦; 奥野 功一*; 川崎 弘光*

RIST News, (51), p.20 - 29, 2011/07

PHITS(Particle and Heavy Ion Transport code System)は、旧日本原子力研究所が開発した高エネルギー核反応モデル組込み核子中間子輸送コードNMTC/JAM Ver.2コードをもとに、高度情報科学技術研究機構,東北大学,原子力機構,高エネルギー加速器機構及びスウェーデンのチャルマース大学等により改良された重イオン輸送計算機能を含む、ほぼすべての粒子と重イオン(原子核)の物質中の輸送を計算する3次元モンテカルロシミュレーションコードである。計算結果のグラフ化や2次元のグラフィカルな出力を簡単に見ることができるのが特徴である。トカマク型核融合試験装置の放射線遮へい設計、装置メンテナンス、装置運転の健全性評価のためにコイルの発熱評価、施設内の装置周辺の半導体の放射線損傷評価が要求されるなか、従来の核データを使用するモンテカルロ計算では扱えないイベントごとの情報を記述するPHITS固有の機能を活かした解析方法の適用を進めている。現在、PHITSをトカマク型核融合試験装置・施設の遮へい設計・解析に適用しており、今回、PHITSユーザーとしての立場から、イベント情報を取り扱う半導体解析例を中心に適用例を紹介する。

論文

高度計算機科学を活用した中性子ビジュアルセンシング技術

呉田 昌俊

RIST News, (48), p.24 - 37, 2009/12

中性子ビジュアルセンシング技術は中性子を利用して物質内部を可視化・計測する技術である。基幹技術は中性子ラジオグラフィであり、X線ラジオグラフィ(レントゲン)と相補的な特長を活かして、従来技術では可視化や計測が困難であったエンジン内の潤滑オイルの可視化などに利用されている。本稿では、著者らが高度計算機科学を活用して開発を進めている中性子ビジュアルセンシング技術の現状について、特に高度計算機科学との融合領域に焦点を当てて紹介する。また、大強度陽子加速器施設J-PARCの稼働が始まり、中性子利用に大きな期待が寄せられていることに鑑み、今後の開発計画と期待を述べる。

論文

高エネルギー粒子加速器施設の遮蔽設計法の現状とその精度評価

中島 宏

RIST News, (47), p.3 - 14, 2009/06

近年、高エネルギー粒子加速器は基礎科学から医学利用などさまざまな分野で使用されている。これら加速器施設においては、各施設において遮蔽設計法を開発し、遮蔽設計法の精度検証を行い、設計に適用している。そこで、本稿では高エネルギー粒子加速器施設における遮蔽設計法の現状とこれら遮蔽設計法の精度検証について概括する。

論文

炉心燃料集合体内大規模二相流シミュレーション

高瀬 和之; 吉田 啓之

RIST News, (45), p.3 - 9, 2008/05

計算機性能の飛躍的な発展とともに、スーパーコンピュータを利用して相変化や流動遷移などの複雑な過渡現象を含む二相流挙動を直接的に解析する手法の開発が行われている。著者らは、実規模試験を実施することなく、シミュレーションを主体とした機構論的な原子炉熱設計手法を確立し、効率的な新型炉開発の実現を図ることを目的として、過渡的な気液界面構造を直接とらえることができる界面追跡法を利用した二相流直接解析手法の開発を行っている。このようなDesign by Analysisの概念を原子炉設計に反映することによって、開発期間の短縮や大幅なコストダウンが期待できる。また、実験的検証が容易でない二相流熱流動現象を正確に把握できるため、炉心成立性評価における予測精度を従来よりも大きく向上できる。本報では、低減速軽水炉開発にあたり行ってきた一連の大規模二相流シミュレーションの成果について計算科学技術分野の専門家に紹介する。

論文

日本原子力研究開発機構システム計算科学センターにおけるグリッド・コンピューティング技術の研究開発

鈴木 喜雄

RIST News, (44), p.9 - 16, 2007/10

日本原子力研究開発機構システム計算科学センターでは、シミュレーションを行っている研究者へ複数のコンピュータを効果的・効率的に利用できる環境を提供する技術の研究開発を平成7年より開始した。本稿では当センターで実施してきたグリッド・コンピューティング技術に関連する研究開発として、平成7年度より12年度まで実施したSTA(Seamless Thinking Aid),平成13年度より平成17年度まで国家プロジェクトとして実施し、プロジェクト終了後も継続運用しているITBL(Information Technology Based Laboratory),平成18年度より開始された国家プロジェクト「最先端・高性能汎用スーパーコンピュータの開発利用」の中で実施しているグリッドミドル利活用研究,原子力分野のためのグリッド基盤の研究開発AEGIS(Atomic Energy Grid InfraStructure)について述べる。

論文

高度なセキュリティーで遠隔地からの核融合実験を実現

小関 隆久

RIST News, (44), p.3 - 8, 2007/10

核融合研究分野では、実験装置の大型化・集約化に伴い、遠隔地の多数の研究者が大型装置の実験に参加する研究協力が推進されている。しかしながら、インターネットを利用した遠隔研究システムにおいては、不正侵入による大型施設のセキュリティーが課題となっていた。そこで、IT Based Laboratory(ITBL)の基盤技術とWeb技術を応用することにより、高度なセキュリティーを保ちつつ遠隔地からインターネットを用いて臨界プラズマ試験装置(JT-60)の実験を行うシステムを開発し、京都大学から安全かつ実用的なJT-60実験に成功した。これは、遠隔地の研究者が大型の核融合実験装置を用いた実験をオンサイト研究者とほぼ同等な環境で実施できることを世界で初めて実証したものであり、国際熱核融合実験炉ITERの遠隔実験の実現に向けて世界を先導する成果である。

論文

世界を対象とした高速増殖炉サイクルの研究開発投資効果

川崎 弘嗣

RIST News, (42), p.22 - 34, 2006/10

高速増殖炉(FBR)サイクル研究開発を将来の実用化に向けて推進していくため、投資に対する便益を評価し、事業計画の妥当性を検討する一つの手段として、FBRサイクル研究開発投資効果の評価を実施した。FBRサイクルを世界規模で導入した場合の投資効果を評価するため、世界のエネルギー需給シナリオにおいて、将来、原子力エネルギーが一定のシェアを持つことを前提に、そのシェアが徐々に軽水炉発電からFBR発電に置き換わっていくことを想定した。その場合の経済的効果を将来に渡って得られる効果額として試算した。本報告では、将来FBRサイクルを実現することにより、研究開発投資を上回る経済効果が期待できることを述べる。

論文

高温ガス炉に接続する水素製造設備の動特性解析コードの開発

佐藤 博之

RIST News, (41), p.21 - 32, 2006/05

日本原子力研究開発機構(原子力機構)は文部科学省から「核熱利用システム技術開発」を受託し、その中でHTTRと水蒸気改質法による水素製造設備との接続について検討を行った。HTTRに接続する水素製造設備は、原子炉2次冷却系の一部を構成し、起動停止時、通常運転時における水素製造設備で発生した負荷変動は、原子炉冷却材温度の変動を引き起こし、その結果原子炉の運転に影響を与える。本システムの安全評価においては、水素製造設備に起因する負荷変動によるシステムの過渡挙動を把握するための動特性解析コードが必要である。そこで、HTTRに接続する水素製造システムの起動停止、並びに運転中の異常な過渡変化時の動特性解析を行う解析コードN-HYPAC(Nuclear Hydrogen Production Analysis Code)を開発した。本コードは、水素製造システムの静定状態(通常運転時)及び動的状態(起動,停止及び異常時等の過渡変化時)における熱物質収支及び制御系の特性を解析することを目的としたもので、中間熱交換器(以下、「IHX」と呼ぶ)から下流の2次ヘリウムガス系,プロセスガス系をモデル化した。本報は、動特性解析コードN-HYPACの概要及び解析結果についてまとめたものである。

論文

内部被曝線量評価システムの開発

波戸 真治; 本間 俊充

RIST News, (41), p.33 - 41, 2006/05

放射性核種を吸入や経口摂取したことによる内部被曝線量は、ICRPが刊行物等に示している線量係数により評価が行われる。これらICRPの示している線量係数は、預託期間が一般公衆で70歳まで、作業者で50年間である。生涯の評価の場合にはこれらの預託期間で十分であるが、原子力施設の事故評価では健康影響を推定する際のようにより詳細な評価が必要となる場合がある。このため、預託期間やその他のさまざまなパラメータを変えた線量係数を算出できる内部被曝線量評価システムを開発した。本報告では、内部被曝線量評価モデルの概要及び開発したシステムについて述べる。

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