令和3年度計算科学技術研究実績評価報告

システム計算科学センター

JAEA-Evaluation 2022-004, 38 Pages, 2022/11

JAEA-Evaluation-2022-004.pdf:1.38MB

システム計算科学センターでは、「国立研究開発法人日本原子力研究開発機構の中長期目標を達成するための計画(中長期計画)」に基づき、原子力分野における計算科学技術研究に関する研究開発を実施してきた。その計算科学技術研究の実績については、計算科学技術研究・評価委員会(以下「委員会」という。)により評価された。本報告は、システム計算科学センターにおいて実施された計算科学技術研究の、令和3年度における業務の実績及びそれらに対する委員会による評価結果をとりまとめたものである。

A Scoping study on the use of direct quantification of fault tree using Monte Carlo simulation in seismic probabilistic risk assessments

久保 光太郎; 藤原 啓太*; 田中 洋一; 白田 勇人*; 荒毛 大輔*; 内山 智曜*; 村松 健*

Proceedings of 29th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 29) (Internet), 8 Pages, 2022/08

https://doi.org/10.1115/ICONE29-88773

福島第一原子力発電所の事故後、外部事象、特に地震や津波に対する確率論的リスク評価(PRA)の重要性が認識された。日本原子力研究開発機構では、地震PRAのための解析手法として、DQFM(direct quantification of fault tree using Monte Carlo simulation)法を開発してきた。DQFMは、地震応答と機器の耐力に関する適切な相関行列が与えられた場合、解析解や多次元数値積分を用いてミニマルカットセット確率を求める方法では困難であるANDゲートやORゲートで接続された機器の相関損傷の影響をフォールトツリーで考慮することが可能であり、その有用性が示されている。このDQFMの計算時間を短縮することは、規制機関や事業者が実施するPRAにおいて、多数の解析が可能になる。そこで、本研究では、準モンテカルロサンプリング,重要度サンプリング及び並列計算の3つのアプローチで予備的検討を行い、計算効率の向上を図った。具体的には、加圧水型原子炉の簡易的なPRAモデルに対する、DQFMによる条件付炉心損傷確率の計算に準モンテカルロサンプリング,重要度サンプリング,並列計算を適用した。その結果、準モンテカルロサンプリングは、仮定した中及び高地震動レベルで有効であり、重要度サンプリングは低地震動レベルで有効という結果が示された。また、並列計算により、実用的な不確実さ解析及び重要度解析が実施可能であることが示された。これらの改良を組合わせてPRAコードに実装することで、計算の大幅な高速化が期待でき、リスク情報を用いた意思決定におけるDQFMの実用化の見通しを得た。

令和元年度計算科学技術研究実績評価報告

システム計算科学センター

JAEA-Evaluation 2020-002, 37 Pages, 2020/12

JAEA-Evaluation-2020-002.pdf:1.59MB

システム計算科学センターにおいては、「国立研究開発法人日本原子力研究開発機構の中長期目標を達成するための計画(中長期計画)」に基づき、原子力分野における計算科学技術研究に関する研究開発を実施してきた。本研究開発は原子力基礎基盤研究のうちの1分野として位置づけられていることから、原子力基礎工学研究・評価委員会による助言と評価がなされるが、計算科学技術研究については、それを支援するために原子力基礎工学研究・評価委員会の下に計算科学技術研究専門部会が設置され、課題の詳細な内容等を評価することとなった。本報告は、令和元年度にシステム計算科学センターにおいて実施された計算科学技術研究の実績と、それに対する計算科学技術研究専門部会による評価をとりまとめたものである。

Proposal and implementation of a fluid-Structure coupled simulation system with parallel commercial codes

Guo, Z.; 羽間 収; 山極 満; 平山 俊雄; 松澤 照男*

Advances in computational & experimental engineering & sciences (CD-ROM), 6 Pages, 2003/07

高性能な市販汎用解析ソフトウェアは豊富な解析機能に加え、数値信頼性も高いため、学術研究のみならず、新製品開発等にも多用されている。このため、弱連成アプローチを用いた複数の市販汎用解析ソフトウェアによる多元理現象、いわゆる、異なる物理連成問題への応用研究は最近数年、盛んに行われている。これは弱連成解析システムが最も適合な解析ソフトウェアにより構築でき、より複雑な物理現象を精度良く解析することができるためである。しかし、それぞれ独立に並列化された市販ソフトウェアを一つの連成解析システムとして構築すると、市販ソフトウェア間の通信コミュニケータの相互干渉により、連成解析システムが機能しないことがある。本研究は、本来異機種間通信のために開発されたライブラリSTAMPIを活用して通信コミュニケータの相互干渉を解決し、並列市販解析ソフトウェアによる連成解析システムを構築し、その実効性をも検証することを目的とする。

Parallel implementation of the solver for the one-dimensional Vlasov-Poisson equation based on the DA-CIP method

内海 隆行*; Koga, J. K.; 功刀 資彰*

Parallel Computational Fluid Dynamics; New Frontiers and Multi-Disciplinary Applications, p.539 - 546, 2003/00

高強度・短パルスレーザー照射によるプラズマのメゾスコピックレベルでの非線現象の解明には、ブラソフ-ポアソン方程式の高精度かつ高効率の数値解析手法が必要となる。このため、従来より粒子シミュレーション法,フーリエ-エルミート変換法,フーリエ-フーリエ変換法,有限要素法,スプリッティング法などが提案されてきたが、筆者等は数値流体解析手法として開発されたCIP法を拡張したDA-CIP法を提案してきた。DA-CIP法は、差分操作を含まず、場の量を支配方程式と整合性のある空間微分値を含めた状態量により推定し、時間発展を高精度数値積分法を用いて計算するために、安定で高精度な数値解を得ることができる。本報告では、DA-CIP法が局所的演算に基づく手法であるために、関西研の超並列計算機システムなどによる並列計算に適したアルゴリズムであることを示す。

The Role and tasks of Center for Promotion of Computational Science and Engineering

浅井 清

Int. Symp. on Parallel Computing in Engineering and Science, 0, 10 Pages, 1997/00

当センターでのこの1年余りの研究開発の成果の紹介を行った。それらは、(1)OSとユーザとの柔軟なインターフェイスを取るSTA基本ソフト、(2)並列機用数値計算ライブラリ、(3)格子生成ソフト、(4)実時間可視化ソフト、(5)2相流の相変化・超伝導物質の磁束状態・乱流のエネルギー散逸構造に関する数値実験などである。

MVP/GMVP連続エネルギー法及び多群法に基づく汎用中性子・光子輸送計算モンテカルロコード

森 貴正; 中川 正幸

JAERI-Data/Code 94-007, 152 Pages, 1994/08

JAERI-Data-Code-94-007.pdf:3.92MB

高速高精度中性子・光子輸送モンテカルロ計算の実現のために、新しいベクトル化アルゴリズムを開発し、ベクトルスーパーコンピュータFACOM VPシリーズ用に、2つのモンテカルロコードMVPとGMVPを開発した。前者は連続エネルギー法、後者は多群法に基づいている。これらのコードの計算速度はFACOM VP-2600上で多くの問題に対して、既存スカラーコードの10倍以上の高速化を実現している。両コードは汎用コードとして必要な機能(物理モデル、幾何形状表現法、分散低減法等)を有している。また、ベクトルスーパーコンピュータだけでなく、ベクトル-パラレル方式のスーパーコンピュータ上での並列計算やUNIXをOSとするワークステーション上での実行も可能となっている。さらに、連続エネルギー計算のために、主にJENDL3に基づいた多くの核種の核データライブラリーも用意されている。

CRAY-1とFACOM230-75APUによる拡散コードVENTUREのベクトル演算化

鎌田 稔*; 角谷 浩享*; 原田 裕夫

JAERI-M 82-019, 61 Pages, 1982/03

JAERI-M-82-019.pdf:1.73MB

原子炉の炉心特性解析のための3次元拡散コードVENTUREを並列計算機CRAY-1とFACOM230-75APUに変換するとともに、並列計算処理が適用可能なようにプログラムのベクトル化を行った。その結果計算時間はCRAYで約半分に、F75APUで約70%に短縮された。VENTUREは計算機の主記憶容量にはほとんど関係なく、1方向1000メッシュの問題も解ける。高速化については、プログラム全体の計算時間の約80%を占める5つのサブルーチンをDOループ内のIF文の解消や逐次解法の反復解法への変更によってベクトル演算化した。ここでは、VENTUREコードの概要、プログラムの動的特性の分析、ベクトル演算化の具体的な5つの方法について述べ、CRAYとF75APUの実行結果と並列計算効果についついても述べる。

線形三重対角方程式の並列計算

石黒 美佐子; 原田 裕夫; 難波 克光*; 藤井 実; 藤村 統一郎; 中村 康弘

JAERI-M 9703, 39 Pages, 1981/09

JAERI-M-9703.pdf:0.89MB

近年、大型プログラムの高速計算の必要性などから、科学技術計算に対する並列計算の適用が盛んになってきた。原研計算センターにおいても、アレイ・プロセッサF230-75APUが並列計算の原子力コードへの適用を研究するために設置された。APUを使用して、科学計算でよく問題となる線形三重対角システムの解法について並列計算手法の最近の論文を参考にして、数値実験を行った。解法は、ガウス消去法、パラレル・ガウス法、加速パラレル・ガウス法、ヤコビ法、リカーシブ・ダブリング法、サイクリック・リダクション法、チェビシェフ反復法、共役傾斜法の8種について調査された。数値実験の結果にもとづいて、各解法の計算時間、精度の比較がなされた。結果として、計算速度、精度の面でサイクリック・リダクション法と逐次解法ではあるがガウスの消去法が勝れていることがわかった。