日本原子力研究所Origin3800システムにおける大規模核融合プラズマシミュレーション及びストレージグリッドの開発

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

https://doi.org/10.1585/jspf.79.172

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。

原研Origin3800システムにおける大規模シミュレーション・可視化処理事例

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。

Ultrashort electron beam generation from resonantly excited nonlinear laser wakefield

永島 圭介; 岸本 泰明; 宅間 宏*

Physical Review E, 59(1), p.1263 - 1266, 1999/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevE.59.1263

相対論的強度の短パルスレーザーを用いて共鳴励起非線形レーザー航跡場から極短パルスの電子ビームを生成する方法を提案した。薄いプラズマ領域から引き出される電子ビームの量は10c/m程度まで得られることがわかった。レーザー強度が高く、電磁場中での電子の振動エネルギーが静止質量の数十倍程度まで大きい場合には、プラズマ中で生成された航跡場は短時間で崩壊してしまい、時間的に密集した一塊の電子ビームが生成されることを見出した。この電子ビームのパルス幅はレーザーの波長より短く、およそ1fs程度となり、また、そのエネルギーは最高で数10MeVまで広がっていることを明らかにした。これらの研究は、2次元の粒子コードを用いたものである。また、こうした極短パルス電子ビームを利用して短パルスのX線発生が可能となる。

Propagation of relativistic ultrashort laser pulse in near-critical density plasma

永島 圭介; 岸本 泰明; 宅間 宏*

Superstrong Fields in Plasmas, p.192 - 197, 1998/00

相対論的な高強度極短パルスレーザーのプラズマ中での伝搬を2次元の粒子コードを用いて調べた。高密度プラズマ領域でのレーザー伝搬は、X線レーザー、レーザー加速等の応用上極めて重要な研究課題である。ここでは、臨界密度近傍の薄い層状プラズマにレーザーを入射した場合の伝搬、吸収、反射等を調べると同時に、非線形工学媒質としてのプラズマ特性についても調べた。プラズマが臨界密度以下の場合、伝搬方向の光圧力による半波長の電子密度変動が観測されるが、臨界密度近傍では、波長程度の大きさの電子密度のバブルが形成される。この結果、レーザーパルス自身も波長程度の固まりに分裂し、プラズマによる吸収率も大きくなることが分かった。

Reduced Braginskii equations

矢木 雅敏; W.Horton*

Physics of Plasmas, 1(7), p.2135 - 2139, 1994/07

https://doi.org/10.1063/1.870611

簡約化されたMHD方程式は圧縮アルフベン波で決まる時間スケールを含んでいないのでMHDシミュレーション及び微視的乱流シミュレーションにおいて時間ステップを大きくとる事が出来、ゆっくりした現象(非圧縮アルフベン時間)を調べるのに適している。我々はこのモデル方程式を次の2点において改良した。まず、従来無視されてきた3次のオーダーの非線形項を残した。さらに、従来のフルート・オーダリングをやめ、磁力線に平行方向のスケールと垂直方向のスケールを同オーダーとした。これにより従来保存が難しかった物理エネルギーが保存する系を構築する事が出来た。さらに磁力線に平行方向の非線形項を残す事で粒子コードと同じオーダリングを用いた事になり、従来一致していなかった粒子コードと流体コードの非線形項を対応させる事が出来る様になった。

粒子コードを用いたプラズマ・シミュレーションのための二体衝突モデル

滝塚 知典

JAERI-M 6305, 24 Pages, 1975/11

JAERI-M-6305.pdf:0.45MB

粒子コードを用いたプラズマ・シミュレーションのための、Monte Carlo法を応用した二体衝突モデルが提案された。このモデルの記述する衝突効果はLandau formの衝突項こ相当する。空間依存のない系のシミュレーションの結果からこのモデルの妥当性を確かめられた。