Fourier interpolation method in phase space of Hamiltonian systems

佐々 成正

Journal of the Physical Society of Japan, 91(5), p.054001_1 - 054001_8, 2022/05

https://doi.org/10.7566/JPSJ.91.054001

The validity of the interpolation method in the phase space is investigated in symplectic time integration of Hamiltonian systems. Theoretically, we show that the orbit of the interpolated point in the phase space coincides with the true orbit defined by Hamilton's equations of motion under restricted conditions using the discrete Fourier interpolation method. Even under general conditions, the interpolated point in the phase space evolves close to the true orbit. We conduct numerical simulations to demonstrate that our interpolation method, which approximates the true orbit, has sufficient numerical accuracy under general conditions.

鉄鋼材料における水素昇温脱離解析のモデリングの現状と課題

海老原 健一

まてりあ, 57(7), p.338 - 344, 2018/07

https://doi.org/10.2320/materia.57.338

鉄鋼材料における水素脆化の機構を理解するためには、材料中の水素の欠陥による捕獲状態やその変化を知る必要があり、その水素捕獲状態を推測するための有効な実験方法の1つとして昇温脱離解析がある。この解析では水素を含む試料の温度と脱離する水素量との関係である昇温脱離曲線が得られるが、その曲線から水素を捕獲する欠陥を同定するために数値シミュレーションが必要となる。本解説では、日本金属学会の依頼に基づき、数値シミュレーションモデルの種類や特徴、適用例を説明し、昇温脱離曲線のシミュレーションに関する最近の進展について記述した。

GPGPU application to the computation of Hamiltonian matrix elements between non-orthogonal Slater determinants in the Monte Carlo shell model

富樫 智章*; 清水 則孝*; 宇都野 穣; 阿部 喬*; 大塚 孝治*

Procedia Computer Science, 29, p.1711 - 1721, 2014/06

https://doi.org/10.1016/j.procs.2014.05.156

核構造計算では、非直交なスレーター行列式間のハミルトン行列要素を数値計算する必要がしばしばあり、多くの場合、それは最も計算時間を要する部分となる。本論文では、GPGPU(GPUによる汎目的計算)を利用してこの数値計算を効率よく行うことが可能となったことを報告する。発表者らの以前の論文で、非直交なスレーター行列式間のハミルトン行列要素の計算は、行列積に帰着させることが可能であることが示された。この手法は浮動小数点計算の回数に対するメモリアクセスの比を大きくすることが可能なため、メインメモリへのアクセスがボトルネックとなるGPGPU計算にも有効である。モンテカルロ殻模型計算コードにGPGPU計算を実装し、計算速度を測定したところ、理論性能1.31TFLOPSのGPUに対し、最大0.6TFLOPSを超える実効性能を得ることができた。模型空間が大きいほど実効性能が高くなるため、大規模計算に対して特に有効である。

並列数値計算ライブラリ「PARCEL」; 連立一次方程式の反復解法

山田 進; 清水 大志; 加治 芳行; 蕪木 英雄

計算工学講演会論文集, 7(1), p.167 - 170, 2002/05

日本原子力研究所計算科学技術推進センターでは、科学技術計算に比較的多く現れる連立一次方程式の反復解法等の基本的な数値計算についてメッセージパッシングを用いた並列計算ルーチンを開発している。この並列計算ルーチン群は、並列数値計算ライブラリPARCEL (PARallel Computing ELement)として公開しており、数多くの国内外の大学等の研究機関で利用されている。本研究では、ベクトル並列計算機上でPARCELの連立一次方程式の反復解法を用いてCompact Tension試験片と呼ばれる物体の応力解析計算を行った際の計算時間から本ルーチンの並列性能を評価した。その結果、本ルーチンが優れた並列性能及びベクトル性能を持つことを確認した。また、本ルーチンを用いて亀裂のある多結晶体の応力解析を行い、結晶粒の形と亀裂の位置による応力の変化についても調査した。

土壌中のラドン拡散係数測定手法に関する研究(2)

飯田 孝夫*

JNC TJ6400 2000-008, 58 Pages, 1999/03

JNC-TJ6400-2000-008.pdf:1.9MB

人形峠のウラン採掘場跡地での土壌中のラドン挙動を調べるために、地中ラドン連続測定装置およびサンプリング法による土壌中ラドン濃度測定と蓄積法による土壌方面からのラドン散逸率の測定を行った。4台の地中ラドン連続測定を行った。4台の地中ラドン連続測定装置で10cm,20cm,30cm,40cmの深さのラドン濃度を測定した。時間変動はほとんどなく、10Cmの深さで約5000Bq・m-3から40cmの深さで約15000Bq・m-3であった。サンプリング法では15cmの深さで約15000Bq・m-3を得た。蓄積法による測定された土壌表面からのラドン散逸量は0.360.68Bq・m-2・S-1であった。土壌中でのラドンの動態・挙動を知るには、土壌中のラドンの拡散係数、土壌の乾燥密度、湿潤密度、土粒子密度、真比重、間隙率、含水率、ラジウム否有量は重要なパラメータである。試作した土壌中ラドン拡散係数を測定した。名古屋大学の土壌のラドン拡散係数は(1.610.09)10-5m2S-1、福井県の土壌のラドン拡散係数は(8.680.23)10-7m2S-1と(1.530.12)10-5m2S-1であった。人形峠の土壌の拡散係数は(2.990.32)10-6m2S-1から(4.390.43)10-6m2S-1と比較的そろっていた。この拡散係数は土壌の含水率、空隙率に大きく依存していて、場所による違いはそれほどないという結論を得た。これらの物理パラメータを用いて、土壌が2層構造をなしている場でのラドンの輸送を解析的手法と数値計算法で評価した。数値計算結果は比較的実測値に近い値が得られた。覆土によるラドン散逸率の低減効果については、覆土の厚さを2mにしたとき、解析解ではおよそ1/4に減少するのに対して、数値計算では3/5に減少する。覆土によるラドン散逸率の減少は大きくない。

Numerical simulation of a nuclear pumped He-Ne-Ar gas laser for its optimization

坂佐井 馨; 角田 恒巳; 中沢 正治*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 37(9A), p.4806 - 4811, 1998/09

https://doi.org/10.1143/JJAP.37.4806

核励起によるHe-Ne-Arガスのレーザー特性を計算した。発振ラインはNeの585.3nmである。He-Ne-Arガスは、Heが3atm、Neが24Torr、Arが8Torrにて最適化され、発振のための熱中性子束は、共振器の長さが50cm、ミラーの反射率が99%のときには、3.310n/cm/sとなった。一方、この場合レーザーのエネルギー効率は0.33%を越えないこともわかった。

不均質多孔質媒体中の水理・物質移動に関する研究(II) -先行基礎工学分野に関する平成9年度報告書-

神野 健二*; 中川 啓*; 細川 土佐男*; 畑中 耕一郎*; 井尻 裕二*; 吉田 隆史*; 亘 真吾

PNC TY1606 98-001, 54 Pages, 1998/03

PNC-TY1606-98-001.pdf:5.19MB

核種移行パラメータの1つである分散係数は、数多くの原位置試験結果より地層の不均質性の影響を受けスケール依存性を示すことが知られており、評価スケールに応じた分散係数を設定することは地層処分システムの性能評価上重要な課題となっている。ところが、原位置での測定には限界があるために分散係数のスケール依存性に関しては未だ十分に解明されておらず、これまでに成層構造を持つ地層に対する理論的な研究があるだけである。そこで、動燃事業団では、不均質多孔質媒体トレーサ試験設備(略称MACRO)を用いて人工的に作成した不均質場においてトレーサ試験を実施し、不均質場が分散現象に及ぼす影響について研究を進めてきた。特に、昨年度の共同研究では動燃事業団と九州大学の保有するコードを用いてシミュレーション解析を実施し、解析結果の比較によりそれぞれのコードの適用性を明らかにしている。本年度は、新たに作成した不均質場において単孔式のトレーサ注水・揚水実験を実施し分散長を測定し、不均質特性が分散現象に及ぼす影響について検討を行った。一方、昨年度の研究において適用性を確認した計算コードを用いて数値シミュレーションにより不均質多孔質媒体中のトレーサ挙動を解析し、不均質特性とそれに起因する分散現象について検討を行った。トレーサ注水・揚水試験により測定した分散長を検討した結果、本試験が場の不均質性に起因する巨視的分散現象を検討する上で有効であることを確認した。また、数値シミュレーションにより不均質場におけるトレーサ移行挙動を検討した結果、不均質場の確率統計的特性を代表するパラメータとして用いた積分特性距離と巨視的分散係数の関係についての知見を得た。

数値計算のための並列計算機性能評価方法

折居 茂夫*

情報処理学会論文誌, 39(3), p.529 - 541, 1998/03

http://ci.nii.ac.jp/naid/110002722059

プログラムレベルからループレベルまでの性質を一環して評価する、数値計算のための並列計算機評価方法を提案する。この方法に使用するループの処理時間モデルの特徴は、理論最大性能flop/s等で規格化された効率を表す係数を導入し、ループレベルの性能評価を可能にした点にある。このループの処理時間モデルからプログラムの処理時間モデルを作成し、時間の測定によりモデル係数を決定し、プログラムレベルの性能評価を行うことができる。例として、この性能評価方法を粒子分割法で並列化した分子動力学プログラムに対して適用し、ベクトル並列計算機VPP300の性能を評価した。その結果プログラムの性能は、粒子数、プロセッサ数に加えて遮蔽距離と物理量の観測回数に依存していることがわかった。この性能評価方法は、計算機利用プログラム開発、計算機設計という3つの見地から成る性能評価を可能にする。

サブチャンネル解析コードASFRE-IIIの整備 -燃料ピン伝熱モデルおよび圧力損失モデルの検証解析-

成田 均; 大島 宏之

PNC TN9410 97-104, 69 Pages, 1997/12

PNC-TN9410-97-104.pdf:1.56MB

単相サブチャンネル解析コードASFRE-IIIの整備の一環として、燃料ピン伝熱モデルおよび圧力損失モデルの検証解析を実施した。燃料ピン伝熱モデルの検証では、構造解析コードFINASによる解析を行い、ASFREコードの解析結果との比較を実施した。これらの比較より、ASFRE燃料ピン伝熱モデルの結果は燃料ピン内部において、FINASによる解析結果と最大で1%未満の差であったことから、燃料ピン伝熱モデルにおける熱伝導計算の妥当性を確認した。圧力損失モデルの検証解析では、ASFREコードにおけるワイヤスペーサモデル(Distributed Resistance Model(D.R.M.))を用いて、169本および127本ピンバンドル燃料集合体を用いた流動試験結果との比較を実施した。軸方向差圧については、定格流領域において両試験ともに解析結果と実験結果はほぼ一致した傾向となった。また、周方向圧力分布については試験結果の傾向とASFREコードの解析結果の間にピーク値となる位置に違いが生じた。この原因を調べるため実施した、SPIRALコードによる解析結果や周方向圧力分布を測定した他の試験との比較ではASFREコードの傾向は非常に良く一致することを確認した。従って、D.R.M.による周方向圧力分布予測は妥当であり、周方向分布についての差の原因は燃料バンドルの偏り、ワイヤ巻き誤差および測定位置におけるワイヤの影響であると考えられる。

「常陽」MK-II制御棒の照射後試験 -吸収ピンの照射挙動評価-

丸山 忠司; 宇都 学; 田中 康介; 小野瀬 庄二; 浅賀 健男

PNC TN9410 97-077, 177 Pages, 1997/07

PNC-TN9410-97-077.pdf:9.84MB

「常陽」MK-II 制御棒の照射後試験は1983年に開始され、初装荷制御棒から5次取り替え制御棒まで、合計16体、ピンにして約110本の照射後試験が行なわれた。このうち5体の制御棒で、合計15本の制御棒吸収ピンにクラックの発生していることが確認された。本報告は、これら吸収ピンのクラック発生原因を究明するために行われた、非破壊試験、破壊試験、および制御棒挙動解析コードCORALをもちいた解析の結果について述べたものである。 吸収ピンのクラック発生は燃焼度約39x1026cap/m3までは見られず、一方、クラック発生が見られたピンはいずれも燃焼度が43x1026cap/m3以上でかつB4Cペレットと被覆管の初期ギャップが0.44mm以上のものであった。吸収ピンのクラック発生位置は最下端のB4Cペレット付近に集中しており、吸収ピン断面金相観察の結果では、B4Cペレットは細かく割れ、被覆管とのギャップは一部閉塞していた。被覆管の変形は異方的で、オーバリテイが認められ、クラックは被覆管の短径側で多く発生する傾向が見られた。被覆管の破断面は典型的な粒界破壊をしていることが特徴である。被覆管のHe分析では、被覆管内表面にHeの蓄積が認められていたが、被覆管全体のHe濃度は特に高い結果にはなっていない。TEM観察でもHeバブルは明瞭に観察されなかった。 クラック発生原因としては、B4Cペレットのリロケーションにより照射初期に被覆管とのギャップが閉じてしまい、ACMIが発生したことによるものと考えられる。CORALコードによる挙動解析の結果では、ACMIによる発生する被覆管のひずみは、照射クリープで吸収することができず、燃焼が進むとともに塑性ひずみが増大し、被覆管にクラックが発生したものと考える。