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渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 藤堂 泰*; 本多 充*
日本原子力学会誌ATOMO
, 64(3), p.152 - 156, 2022/03
磁場閉じ込め核融合の科学的実証に向けたITER実験で想定される核燃焼プラズマの閉じ込め性能予測においては、粒子,運動量,熱の輸送を担う物理過程の理解が重要である。スーパーコンピュータ「富岳」を用いた第一原理シミュレーションにより、重水素・三重水素プラズマにおけるマルチスケール乱流が関わる複合輸送過程や、電磁揺動による高エネルギー粒子輸送に対する運動論効果などの物理機構が明らかとなった。核燃焼プラズマの性能予測に資する第一原理シミュレーションについて、さらなる研究開発を進めている。
井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; Ali, Y.*; 今村 俊幸*
第34回数値流体力学シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2020/12
ジャイロ運動論的トロイダル5次元full-fオイラーコードGT5Dにおける半陰解法差分計算用に新しいFP16(半精度)前処理付き省通信クリロフソルバを開発した。このソルバでは、大域的集団通信のボトルネックを省通信クリロフ部分空間法によって解決し、さらに収束特性を向上するFP16前処理によって袖通信を削減した。FP16前処理は演算子の物理特性に基づいて設計し、A64FXで新たにサポートされたFP16SIMD処理を用いた実装した。このソルバをGPUにも移植し、約1,000億格子のITER規模計算の性能を富岳(A64FX)とSummit(V100)で測定した。従来の非省通信型ソルバに比べて、新しいソルバはGT5Dを
倍加速し、富岳とSummitの両方で5,760CPU/GPUまで良好な強スケーリングが得られた。
井戸村 泰宏; 渡邉 智彦*; 藤堂 泰*
シミュレーション, 38(2), p.79 - 86, 2019/06
次世代核融合実験炉ITERにおける炉心プラズマ性能の評価・予測、および、より高性能な炉心運転シナリオの探索に向けて、ポスト「京」をターゲットとするエクサスケール核融合プラズマシミュレーションの研究開発を推進している。本稿では、これまでに開発してきたエクサスケール計算技術や既存実験装置を対象とする実証研究の成果を紹介し、ポスト「京」における核融合プラズマシミュレーションの展望を議論する。
井戸村 泰宏
Journal of Computational Physics, 313, p.511 - 531, 2016/05
被引用回数：34 パーセンタイル：91.35(Computer Science, Interdisciplinary Applications)イオンスケールのイオン温度勾配駆動捕捉電子モード(ITG-TEM)乱流の静電的full-fジャイロ運動論シミュレーションのための新しいハイブリッド運動論的電子モデルを開発した。このモデルでは、full-fジャイロ運動論方程式、多種粒子線形フォッカープランク衝突演算子、および、ジャイロ運動論的ポアソン方程式の軸対称成分については完全運動論的電子モデルを適用し、ジャイロ運動論的ポアソン方程式の非軸対称成分においては運動論的捕捉電子応答のみを用いて乱流揺動を決定する。この手法により、ITG-TEM、新古典輸送、両極性条件、および、粒子捕捉・非捕捉過程といった重要な物理を保持しつつ、いわゆる
モードを回避した。本モデルによりITG-TEM乱流のfull-fジャイロ運動論シミュレーションがリーズナブルな計算コストで可能になった。
井戸村 泰宏
NIFS-PROC-58, p.46 - 50, 2004/07
数値トカマク計画では、トカマクプラズマにおける微視的不安定性、及びそれにより引き起こされるプラズマ乱流輸送の第一原理シミュレーションに基づく定量的評価を目指し、これまでジャイロ運動論的トロイダル粒子コードGT3Dの開発を進めてきた。講演では、GT3Dに実装されている物理モデル及び数値手法を紹介し、GT3Dから得られた最新の結果を示す。
岸本 泰明
シミュレーション, 22(2), p.89 - 97, 2003/06
本稿では、原研における数値トカマク実験(NEXT:Numerical EXperiment of Tokamak)の進展と今後の展開を解説したものである。異なった時間・空間スケールの現象が混在した多階層・複合過程としてのプラズマのシミュレーション手法と、それに基づくトカマク研究の位置づけに関する詳細が議論されている。
井戸村 泰宏; 足立 将晶*; 五來 一夫; 鈴木 喜雄; Wang, X.*
プラズマ・核融合学会誌, 79(2), p.172 - 187, 2003/02
これまで数値トカマク実験(NEXT)研究計画の下でさまざまな流体コード,粒子コード、あるいは、ハイブリッドコードが開発されてきた。これらのコードには高性能プロセッサー,高速ストレージシステム、及び、高速並列可視化システムから構成されるシミュレーション環境が必要とされる。本論文では、こういった観点から原研Origin3800システムの性能を検証した。性能評価においては、代表的な粒子コードと流体コードは512プロセッサーを用いた並列計算で
%という実効性能が示された。I/OについてはStorage Area Network (SAN)による高速並列データ転送が実現している。並列可視化処理システムに関しては、以前のワークステーションに比べて飛躍的に高速な大規模データの可視化処理が可能になっている。このように原研Origin3800システムでは非常に先進的なシミュレーション環境が実現している。また、最近では遠隔ユーザの利便性を向上するためにストレージグリッドの開発を進めている。ストレージグリッドはSANと波長分割多重伝送装置(WDM)の組み合わせにより構成される。初期テストにより、ストレージグリッドでは従来のデータ転送手法と比較して飛躍的に高速なデータ転送(
Gbps)が広域ネットワークを経由して可能であることが示された。
井戸村 泰宏; 徳田 伸二; 岸本 泰明
New Journal of Physics (Internet), 4(1), p.101.1 - 101.13, 2002/12
ジャイロ運動論的トロイダル粒子コードを用いて反転磁気シアトカマクにおけるイオン温度勾配駆動(ITG)モードを解析した。反転磁気シア配位においてはITGモードはスラブモードとトロイダルモードが結合したモード構造をとることがわかった。この性質は、特に、
領域において顕著に表れる。また、
及び
という勾配パラメータによってモード構造はスラブモードからトロイダルモードへと変化する。これらの結果から、反転磁気シアトカマクにおけるITGモードはスラブITGモードとトロイダルITGモードの競合により決まっていることが明らかになった。
井戸村 泰宏; 足立 将晶*; 鈴木 喜雄; Wang, X.*
サイエンティフィック・システム研究会平成14年度科学技術計算分科会第1回会合資料, p.43 - 59, 2002/08
那珂研究所では、大規模シミュレーションにより核融合プラズマ中で展開している複雑現象を再現し、その物理的解明を図ることを目的として、平成8年度より数値トカマク(NEXT)研究を推進している。本計画では、このような核融合プラズマシミュレーションを支える計算機として、平成13年度にOrigin3800システムを導入した。本報告では大規模並列シミュレーションから高速並列可視化処理にいたる一連の処理過程におけるOrigin3800システムの使用事例、及び、性能評価について紹介している。
松本 太郎; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 内藤 裕志*
Earth Planets and Space, 53(6), p.565 - 570, 2001/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Geosciences, Multidisciplinary)高温プラズマは無衝突状態に近いため、オームの法則に対してプラズマ抵抗よりも、むしろ電子慣性の効果が本質的である。したがって、磁力線の再結合を伴う巨視的な電磁流体力学(MHD)的現象に対して、プラズマの粒子性に起因する運動論的効果が重要な役割を果たすことが考えられる。本研究では、トカマクプラズマで観測される鋸歯状振動における内部崩壊現象の非線形的な振る舞いを解明するために、ジャイロ運動論モデルに密度勾配の効果を考慮し、無衝突m=1内部モードのシミュレーションを行った。線形成長率及び内部崩壊過程を変化させないような小さな密度勾配が、非線形的半径方向の電場を生成し、崩壊後の振る舞いを大きく変化させることが明らかとなった。これは、磁力線方向の電子の速い運動を考慮することにより、理論的に説明される。本発表では、これらの数値トカマク実験(NEXT)研究における最新の成果を報告する。
井戸村 泰宏
プラズマ・核融合学会誌, 77(6), p.528 - 531, 2001/06
負磁気シアートカマクにおいてはITB(内部輸送障壁)の形成、及び、それに伴う粒子/エネルギー閉じ込めの大幅な改善が観測されている。ITB領域はq_min面付近における急峻な密度/温度勾配に特徴付けられ、しばしば、トロイダル/ポロイダルシアー流が観測される。このような負磁気シアー配位、あるいは、ITBの閉じ込め特性を理解するためにこれまで精力的に理論シミュレーション研究が進められている。本稿では、その中から主に、(1)負磁気シアー配位における微視的不安定性の線形安定性解析,(2)E
Bシアー流による乱流輸送抑制の理論,(3)乱流輸送の非線形シミュレーションに関して、これまでの解析手法の進展、及び、そこから得られている最近の成果を概説している。
内藤 裕志*; 松本 太郎
プラズマ・核融合学会誌, 77(6), p.549 - 552, 2001/06
プラズマ中に反平行磁場がある場合、磁気中性点において磁気再結合が生じ、磁気のエネルギーが開放される。このような磁気再結合現象は天体プラズマやさまざまな実験室プラズマにおいて幅広く観測されている。プラズマが磁力線に凍りついている理想的な状態では、磁場の変化に伴って磁力線方向の誘導電場が生じると、電子が速やかに動いてこれを打ち消すため磁気再結合は起こらないが、電子の磁場方向の運動を妨げる効果がある場合には、誘導電場が残るため磁気再結合が引き起こされる。核融合炉においては、高温であるためプラズマ抵抗は小さく、それよりもむしろ電子の有限の慣性効果が電子運動の遅延に寄与すると考えられる。本報告では、トカマクプラズマを例に挙げ、電子慣性による磁気再結合が引き起こす内部崩壊現象について、数値トカマク実験(NEXT)研究における最新の成果を交えて紹介する。
井戸村 泰宏; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 若谷 誠宏*
Nuclear Fusion, 41(4), p.437 - 445, 2001/04
被引用回数：13 パーセンタイル：40.95(Physics, Fluids & Plasmas)負磁気シアトカマクのq
面近傍領域をモデル化したスラブ配位においてスラブドリフト波の線形及び非線形の性質を調べた。線形解析からITG(イオン温度勾配駆動)モード及びETG(電子温度勾配駆動)モードの両方がq面付近で強く不安定化されることがわかった。非線形シミュレーションはITG乱流より非常に速い時間スケールで発展するETG乱流に対して行い、ETG乱流において準定常なErB帯状流が波のエネルギーの逆カスケード過程により生成していることを見いだした。静電的K-H(ケルビン-ヘルムホルツ)モードの線形解析から、準定常なErB帯状流は、K-Hモードに対して安定か効果をもつ磁気シア分布と密接に関係していることがわかった。また、ETG乱流により生成される微視的なErB帯状流はスラブITGモードに対して強い安定化効果を持つことを明らかにした。
井戸村 泰宏
JAERI 1341, 91 Pages, 2001/01
負磁気シアトカマクにおける微視的不安定性の性質を調べるために、ジャイロ運動論的方程式系から定式化される固有モード方程式を解く固有値問題コード、及び、ジャイロ運動論的有限要素PICコードを開発した。線形解析から、負磁気シア配位において、スラブイオン温度勾配駆動モードに加えて、スラブ電子温度勾配駆動モードがq面付近で強く不安定化されることがわかった。負磁気シア配位における電子温度勾配駆動乱流シミュレーションにおいて、q面両側の磁気シア有限の領域で準定常なEB帯伏流が生成され、電子熱輸送係数が大幅に減少することがわかった。静電的K-H(ケルビン-ヘルムホルツ)モードの安定性解析から、EB帯伏流の流速分布とK-Hモードを安定化する磁気シアが密接に関係していることを見いだした。
松本 太郎; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 内藤 裕志*
Earth Planets and Space, 53(6), p.565 - 570, 2001/00
高温プラズマにおいてはプラズマの抵抗が小さいため、磁力線の再結合現象の要因として、電子慣性などのプラズマの粒子性に起因する運動論的な効果が重要な役割を演じ始めている。本研究では、プラズマ中の鋸歯状振動の内部崩壊現象の非線形的な振る舞いを解明するために、ジャイロ運動論的粒子モデルに密度勾配の効果を考慮し、運動論的m=1モードのシミュレーションを行った。その結果、密度勾配効果による径電場の成長が内部崩壊後の非線形的な振る舞いを大きく変えることが示されたが、これは磁力線方向の電子の速い運動を考慮することにより、理論的に説明される。本発表では、運動論的効果を考慮したこれら径電場の自己形成に関する理論とともに、数値トカマク(NEXT)研究における粒子シミュレーションの成果を報告する。
松本 太郎; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 内藤 裕志*
IAEA-CN-77 (CD-ROM), 8 Pages, 2001/00
近年JT-60Uを始めとする負磁気シア配位トカマクプラズマにおいて、最小安全係数が2に達する際に、アルフベンの速いタイムスケールのプラズマ崩壊現象が観測されている。これは、プラズマが高温であるため、ダブルテアリングモードに対し、プラズマ抵抗よりもむしろ電子慣性の効果が本質的な役割を果たすためと考えられる。本研究では、このような速い崩壊現象の解明を目的として、電子慣性を包含する流体モデル及び粒子モデルを用いてダブルテアリングモードの線形及び非線形シミュレーションを行った。その結果、電子慣性により誘起された電場がアルフベンのタイムスケールで外側共鳴面より内部の分布平坦化現象(内部崩壊現象)を引き起こすことが明らかとなった。これは、JT-60U装置において観測されている速いディスラプション現象の一端を説明し得る。本発表では、数値トカマク研究におけるこれらの成果を報告する。
B zonal flow in electron temperature gradient driven turbulence井戸村 泰宏; 若谷 誠宏*; 徳田 伸二
Physics of Plasmas, 7(9), p.3551 - 3566, 2000/09
被引用回数：55 パーセンタイル：82.38(Physics, Fluids & Plasmas)ジャイロ運動論的有限要素PICコードを用いて、負磁気シア・トカマクをモデル化したスラブ配位における電子温度勾配駆動乱流を調べた。シミュレーションからq面の両側の磁気シアが有限の領域において準定常なErB帯状流が生成され、電子熱輸送が大幅に減少することを見いだした。K-H(ケルビン-ヘルムホルツ)モードの安定性解析から、準定常なErB帯状流の流速分布は、K-Hモードに対して安定化効果をもつq分布及び磁気シアと密接に関係していることが示された。q分布を磁気シアが弱まる側に変化させることにより、K-Hモードは準定常なErB帯状流に対して不安定になり、磁気シアの弱い領域においてErB帯状流は減衰する。この結果はK-Hモードの安定性を介して磁気シアによりErB帯状流を制御できる可能性を示している。
井戸村 泰宏*; 徳田 伸二; 若谷 誠宏*
プラズマ・核融合学会誌, 75(2), p.131 - 142, 1999/02
電子系を含むジャイロ運動論的粒子シミュレーションの時間ステップ幅を制限するクーラン条件は、高速電子の通過運動により生じるバリスティックモードにより決定される。トカマクプラズマのパラメータでは、熱電子の通過時間はアルフベン時間の約1/10となることから、電子系を含むシミュレーションの計算コストは非常に大きくなる。本研究では、高速電子の通過時間と低周波モードの時間スケールの間にオーダリングを導入することにより、非正準リー変換を用いて高速通過電子の運動をその非摂動軌道に沿って平均化している。この結果、高速電子の通過運動に伴うバリスティックモードはジャイロ運動論的ブラゾフ-マックスウェル方程式系から解析的に消去され、より長い時間ステップ幅をとることが可能となった。電子系を含むジャイロ運動論的粒子シミュレーションの計算コストは大きく削減できた。
徳田 伸二; 滝塚 知典; 岸本 泰明; 山極 満; 清水 勝宏; 石井 康友; 安積 正史; 内藤 裕志*
ANU-PRL-TP-96/01, 0, p.70 - 72, 1996/00
トカマクプラズマの運動論的な不安定性を研究する上で重要な粒子モデル・シミュレーションコードの並列計算研究を行っている。この研究は、スカラー並列計算とベクトル並列計算の両面からトカマク・プラズマのシミュレーションに適した並列計算手法の研究を目的としている。1次元静電近似粒子コード(1DPIC)および3次元電磁的ジャイロ運動論粒子コード(GYR3D)のParagon(Intel Paragon XP/256)上での並列化を行った。1DPICでは各ノードが空間のレプリカを持ち、粒子だけが分割される並列化を、また、GYR3Dでは領域分割を用いる並列化を行った。両コードともノード数に比例する並列化性能を得た。
井戸村 泰宏
no journal, ,
ジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dによるイオン温度勾配駆動(ITG)乱流の閉じ込め特性研究の進展を概説する。GT5Dによって加熱パワーを固定した長時間乱流計算が実現し、乱流輸送とプラズマ分布を無撞着に決定できるようになった。ITG乱流の加熱パワースキャンにおいて、トカマク実験で普遍的に観測される、加熱パワーに依存する閉じ込め劣化現象を再現した。ITER規模の数値実験によって閉じ込め特性の装置サイズ依存性を調べ、大型装置の閉じ込め特性は加熱パワー依存性に影響されることを明らかにした。さらに、水素プラズマと重水素プラズマの閉じ込め特性の違いと装置サイズ依存性の関係を明らかにした。
