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板垣 正文*; 栗原 研一
日本原子力学会誌, 44(12), p.873 - 878, 2002/12
最近、逆問題という言葉をよく耳にする。これは,観測されるデータに基づいて、その現象をもたらした原因を探る問題である。このような発想は原子力の黎明期においても見られるが、近年、計算機の性能向上と数値解析研究の進展により、逆問題は新しい学際領域として脚光を浴びている。本稿では逆問題及び逆解析の平易な概説を試みるとともに、最近のホットな話題も含めて原子力分野におけるいくつかの逆解析の例を紹介する。
榎 学*; 岸 輝雄*; 川崎 弘嗣; 青砥 紀身
JNC TY9400 2000-010, 138 Pages, 2000/03
JNC-TY9400-2000-010.pdf:5.15MB
本研究では構造物および材料におけるき裂の発生、伝播を検出するシステムについての検討を行った。まず、プラント機器のように過酷な環境で適用することを考慮して、レーザー干渉計を用いて非接触で破壊を検出・評価することを試みた。He-Neレーザーを用いたヘテロダイン型の干渉計により、材料中を伝播してきた弾性波を検出できることを確かめ、この干渉計を4チャンネル用いる非接触AE波形計測システムを構築した。このシステムをアルミナコーティング材の熱応力破壊に適用した。試験片の冷却時に界面近傍に発生する微視割れによるAE波形を検出でき、また逆問題解析を行うことにより、微視割れの発生時刻、発生位置、大きさおよび破壊モードが評価可能となった。このように、レーザー干渉計によるAE波形定量評価システムが開発でき、その有効性が確かめられた。次に、き裂発生を予測するため、ミクロき裂が発生する以前の損傷変化を検出することを試みた。繰り返し熱過渡負荷を受けた構造物を用いて、超音波検出試験とその波形解析、およびき裂の発生した近傍の微小硬さ計による硬さ測定を行った。超音波エコーのウェーブレット解析により得られた音速は、き裂発生以前の損傷を検出できた。また、粒界上の微小硬さ変化から、き裂発生を推定できる見通しがある。
栗原 研一
Fusion Technology, 34(3), p.548 - 552, 1998/11
トカマク型核融合装置における平衡プラズマの制御特性上で最も基本的なプラズマの電流分布を、外部の電磁気計測器だけから同定できるかどうかについては、数値解析上非適切問題となることが知られている。既存の実験データ解析では電流分布を表す関数形をあらかじめ決めておくなどの制約条件を課して非適切性を回避し、プラズマ電流分布を再構築してきた。その逆問題に対して、電磁気計測だけからの原理的な可同定性、精度の良否と必要な計測値、非適切性の回避の仕方等を明確にすることを目的に、解析的解法である「境界付き固有関数展開解法」を考案した。また、可同定性の有無は、ある関数系の独立性と関係していることを示し計算方法を提示した。さらにその方法に基づく逆問題の解法時に発生する非適切性の回避のために、プラズマ内部の制約条件及び大規模な不等式制約条件を導出した。本発表は、これら一連の検討結果の報告である。
栗原 研一
JAERI-Research 97-084, 21 Pages, 1997/11
JAERI-Research-97-084.pdf:1.36MB
トカマク・プラズマの制御特性上で最も基本的なプラズマの電流分布を、外部の電磁気計測器だけから同定できるかどうかについては、数値解析上非適切問題となることが知られている。これまでの実験データ解析では電流分布を表す関数形を予め決めておく等の制約条件を課して非適切性を回避し、プラズマ電流分布の再構築を行ってきた。この逆問題に対して、電磁気計測だけからの原理的な可同定性、精度の良否と必要な計測値、非適切性の回避の仕方、等を明確にすることを目的に、解析的解法である「境界付き固有関数展開解法」を考案した。また、可同定性の有無は、ある関数系の独立性と関係していることを示し計算方法を提示した。さらに非適切性の回避に必要な、プラズマ内部の平衡状態から導かれる制約条件等の算出を行った。本報告書は、これら一連の検討結果を記述する。
岸本 牧; 坂佐井 馨; 荒 克之; 藤田 隆明; 鈴木 康夫*
IEEE Transactions on Plasma Science, 24(2), p.528 - 538, 1996/04
被引用回数：1 パーセンタイル：4.4(Physics, Fluids & Plasmas)トカマクにおける磁界計測は、内部インダクタンス等を求めるために必要なプラズマ電流分布に関する重要な情報を与える。ところが磁界計測のみからプラズマ電流分布再構成をするのは、解が一意に決まらない問題である。本研究では、磁界計測データからのトカマクプラズマ電流分布構成問題を、真空容器断面への電流最適配置化問題とみなし、この組み合せ最適化問題を解く手法として、遺伝的アルゴリズムを用いた手法とホップフィールド型ニューラルネットワークと遺伝的アルゴリズムの結合手法の2つの方法を用いた。そしてこれらの手法をトカマク型核融合装置JT-60Uのダイバータプラズマに適用し、従来プラズマ電流プロファイル再構成手法として一般的に用いられている平衡コードによって得られたものと非常に良い一致が得られた。
岸本 牧; 坂佐井 馨; 荒 克之
Journal of Applied Physics, 79(1), p.1 - 7, 1996/01
被引用回数：10 パーセンタイル：48.63(Physics, Applied)磁界逆問題は、本質的に解が一意に定まらないill-posedな問題であり、解析的な手法では解くことが出来ない。そこでこの磁界逆問題を、磁界源電流の存在する空間領域への電流最適配置化問題へと変換し、その最適化問題を解く手法として、ホップフィールド型ニューラルネットワークと遺伝的アルゴリズムを組み合わせた新しい手法を提案した。そしてコンピュータによるシミュレーションによりその有効性を示した。
荒 克之; 中島 伸也; 海老根 典也; 坂佐井 馨
Proceedings of 8th International Conference on Pressure Vessel Technology (ICPVT-8), 1, p.183 - 189, 1996/00
原子炉圧力容器の照射硬化を非破壊に計測する磁気問かけ法を提案する。本手法は圧力容器鋼材の照射硬化と保磁力変化との間に存在する良い相関関係を利用する。すなわち、圧力容器の検査部を磁気ヨークを用いて磁化し、そのときの圧力容器表面の磁界分布から圧力容器鋼内部の保磁力分布を推定し、この保磁力分布から照射硬化程度を評価するものである。熱処理によって機械的硬さを変えた圧力容器鋼材について、硬さと保磁力の関係を調べ、両者の間に比例関係があることを確認した。このデータは照射によって硬さを変えた鋼材についてのデータと傾向が良く一致した。また圧力容器鋼材について磁気特性を調べ、磁気問かけ法を実行する上での研究課題である圧力容器鋼材のヒステリシス磁化特性モデルとの開発、磁気ヨーク・磁界計測システムの開発等について検討した。
荒 克之; 海老根 典也; 中島 伸也
第4回MAGDA-コンファレンスin鳥取講演論文集; 電磁現象および電磁力に関するコンファレンス, 0, p.79 - 82, 1995/00
原子炉圧力容器の経年による材質劣化(照射ぜい化)を非破壊的に計測する手法として「磁気問かけ法」(MIM)を提案した。この手法は圧力容器鋼材の照射ぜい化とともに保磁力も変化するという事実に基づいている。磁気ヨークを用いて圧力容器を部分的に磁化し、そのときの磁気ヨークの磁極周辺の磁界分布を計測する。この磁界分布より圧力容器低合金鋼部の厚さ方向の保磁力分布を求める。この保磁力分布より、圧力容器劣化に関する重要な情報を得る。本手法が成立するためには、(1)測定磁界分布が圧力容器低合金鋼部の厚さ方向の保磁力分布を良く反映していること、(2)圧力容器に内張りされた非磁性の肉盛り溶接部の厚さが非破壊的に計測できること、(3)保磁力分布を定める関数形が導入できることの3つがある。検討の結果、これらの条件は満されると考える。
坂佐井 馨; 荒 克之
日本AEM学会誌, 3(2,3), p.1 - 7, 1995/00
静磁界系における逆問題と生体磁界計測について考察した。逆問題とは、磁界計測値からその磁界発生源を同定することであるが、本質的に解が1つに定まらない。このことをMaxwellの電磁方程式及びBiot-Savartの法則をフーリエ変換することによって明らかにした。また、これらの式から導かれる空間伝達関数についても考察した。空間伝達関数の性質を理解することにより、測定系の設計に有用であると考えられる。
荒 克之; 中島 伸也; 海老根 典也; 坂佐井 馨
Proc. of the Japan-Central Europe Joint Workshop on Advanced Computing in Engineering, 0, p.221 - 226, 1994/00
原子炉圧力容器の中性子照射による経年劣化を非破壊的に計測する方法として「磁気問かけ法」を提案した。この方法は、圧力容器鋼材の照射誘起硬化と保磁力変化の間に存在する良い相関関係に着目したものである。圧力容器を磁気ヨークによって局部的に磁化したときの圧力容器表面の磁界分布を計測し、その磁界分布から静磁界解析の手法を通して、圧力容器厚さ方向の保磁力分布を推定する。この保磁力分布は圧力容器厚さ方向の硬さ分布すなわち厚さ方向の劣化分布に関する重要な情報を提供するものである。「磁気問かけ法」を実現するためにはいくつかのR&D項目がある。これらは学際的研究であり、チャレンジングなものである。その一つに肉盛り溶接部厚さの非破壊計測があり、著者らはその可能性について検討し、良い結果を得た。
荒 克之; 中島 伸也; 海老根 典也
MAG-93-218, p.19 - 38, 1993/11
原子炉圧力容器は高速中性子照射を受けて脆化する。このとき、機械的硬さの増加とともに保磁力も増加する。したがって、原子炉圧力容器の厚さ方向の保磁力分布を知ることができれば照射脆化(原子炉圧力容器劣化)の進み程度を知ることができる。このような考えに立ち、原子炉圧力容器劣化の非破壊測定法を提案する。原子炉圧力容器中外壁に磁気ヨークを密着させ、原子炉圧力容器を磁化する。このとき、磁気ヨーク周辺部の圧力容器表面の磁束分布を計測する。一方静磁界解析により圧力容器厚さ方向の保磁力分布を仮定したときの磁束分布を計算する。この計算値と計測値を比較し、ある評価関数を満足するような最適推定を実行していく。このような最適推定を実行する上での問題と対策について検討し報告する。
岸本 牧; 坂佐井 馨; 荒 克之
MAG-93-167, p.17 - 34, 1993/09
磁界源電流分布推定を、空間的な電流最適配置化問題と考え、この最適化問題の解法として、多値化したホップフィールド型ニューラルネットワークを適用した。そしてこのホップフィールド型ニューラルネットワークを最適化問題に適用する際に問題となるネットワーク初期値問題を、遺伝的アルゴリズムを用いてネットワークが最適解に収束するようなネットワーク初期状態を検索することにより解決し、シミュレーション計算により、本手法の磁界逆問題における有効性を示した。また本手法の大強度加速器のビームプロファイル計測への応用についても提案した。
荒 克之; 坂佐井 馨; 岸本 牧
MAG-93-91, p.37 - 56, 1993/03
生体磁界計測における逆問題は解を一意に定めることが困難な問題である。この事実を、Maxwellの電磁方程式をベースに理論的に明らかとした。つぎに、ビオザバールの法則のフーリエ変換から、生体磁界計測の物理的意味づけを行い、生体内電流とそれが作る生体外部の磁界を結びつける空間伝達関数を導き、その性質を求めた。空間伝達関数のカットオフ周波数から生体磁界計測用マルチチャンネルSQUIDシステムの最適チャンネル数を検討した。また、逆問題の近似計算を行う場合のセンサの最適配置について3次元配列が望ましいことを理論的に検討して確認した。逆問題計算手法の評価のためにベンチマーク問題の作成を提案した。
岸本 牧; 坂佐井 馨; 荒 克之
MAG-92-235, p.83 - 96, 1992/11
外部磁場より、その源である電流分布を推定する磁場逆問題を、空間への電流最適配置問題としてとらえ、その解法として遺伝的アルゴリズムを用いた。その結果、少ない磁場データからでも、非常に良く磁場源電流分布を推定することが出来ることが分った。また本手法の大電流加速器のビームプロファイル測定への応用についても提案を行った。
荒 克之; 坂佐井 馨; 岸本 牧
Nonlinear Phenomena in Electromagnetic Fields, p.193 - 196, 1992/00
電流分布およびそれが作る磁界との間の関係はビオ・ザバールの法則で記述されるが、この法則式のフーリエ変換から電流分布と磁界との間の空関伝達関数を導いた。この空関伝達関数の周波数特性を調べたところ、バンドパスフィルター特性を有する1つの伝達関数とロウパスフィルタ特性を有する2つの伝達関数より成立していることがわかった。このフィルタ特性のカットオフ周波数から磁界を計測する場合の空間サンプリング間隔を求めた。電流分布および磁界のx,y,z成分についての関係式は空間伝達マトリックスで結ばれる。磁界計測値から逆に電流分布を求めるにはこのマトリックスの逆マトリックスを求めなければならないが、空間伝達マトリックスの逆対称性故に行列式がゼロとなり逆問題の解は1意に定まらない。そこで、完全反磁性超電導体の導入による指向性磁界計測法を提案した。
坂佐井 馨; 荒 克之
MAG-91-159, p.43 - 54, 1991/08
磁界計測における空間分解能について、フーリエ変換法によって逆問題を解く場合について考察した。3次元の問題を1次元の問題として考察したことにより、直観的な理解が可能となった。その結果、信号源推定の空間分解能は、伝達関数や磁界測定値のフーリエ変換の周波数特性等によって、著しく左右されることが分った。これは多チャンネル計測における空間メッシュの最適化の指標となるものである。
坂佐井 馨; 荒 克之
MAG-90-177, p.103 - 112, 1990/11
イオンビーム加速器等におけるビーム電流及びその分布を無侵襲で測定するために、ビーム断面からビーム案内管外部に誘導される磁界分布を測定し、その逆問題としてビーム断面内電流分布を求める可能性について検討した。その結果、超電導体の完全反磁性に着目し、ビーム周辺にビーム軸に垂直に2枚の超電導・反磁性平行板を設け、この平行板間にビーム断面から誘導される磁界を分離閉じ込める方式を考案した。超電導平行板を用いるかわりに、銅板と高周波ダイポールを用いた模擬実験を行なったところ、磁界センサと反磁性平行板コリメータを用いれば、ビーム断面から誘導される磁界のみを分離測定できることが示された。
郭 栄治*; 岡本 孝司*; 近藤 雅裕*; Ozdemir, E.*; 柴 鵬輝*; 佐藤 一憲
no journal, ,
本研究では福島第一原子力発電所の安全な廃炉に寄与すべく、数値流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)を用いて3号機内部の温度分布を再現し、東京電力の測定結果と比較することでデブリの位置を推定する。最適化ツールとCFDを組み合わせることで格納容器内部の最適な熱バランスを求める逆問題を解いていることが本研究の特徴である。
