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論文

Overlapping communications in gyrokinetic codes on accelerator-based platforms

朝比 祐一*; Latu, G.*; Bigot, J.*; 前山 伸也*; Grandgirard, V.*; 井戸村 泰宏

Concurrency and Computation; Practice and Experience, 32(5), p.e5551_1 - e5551_21, 2020/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Computer Science, Software Engineering)

2つのジャイロ運動論コード、GYSELA, GKVを最新のアクセラレータ環境、Xeon Phi KNL, Tesla P100 GPUに移植した。一台のSkylakeプロセッサーに比べ、KNLにおけるGYSELAの逐次計算カーネルは1.3x、P100 GPUにおけるGKVの逐次計算カーネルは7.4x高速化された。GYSELAとGKVのスケーリングテストをそれぞれ16-512 KNLおよび32-256 P100 GPUで実施し、GYSELAのセミラグランジアンカーネルおよびGKVの畳み込みカーネルにおけるデータ転置通信が主要なボトルネックとなることがわかった。この通信コストを削減するために、これらのコードにパイプライン法およびタスク並列法に基づく通信オーバーラップを実装した。

報告書

J-PARC物質・生命科学実験施設の全体制御システムの進捗状況

酒井 健二; 大井 元貴; 高田 弘; 甲斐 哲也; 中谷 健; 小林 庸男*; 渡邊 聡彦*

JAEA-Technology 2018-011, 57 Pages, 2019/01

JAEA-Technology-2018-011.pdf:4.98MB

核破砕中性子源やミュオン標的などを安全に効率よく運転するために、物質・生命科学実験施設(MLF)は、専用の全体制御システム(GCS)を持ち、運転状況に応じた機器の監視操作やインターロックを運用している。GCSは、その役割に応じて、ネットワーク系(LAN), 統括制御系(ICS), サーバー, インターロック系(ILS), タイミング配信系(TDS)など幾つかのサブシステムで構成される。GCSは、MLF内の機器を独自に運転制御する一方、J-PARCの加速器や他実験施設と連動しながらMLFの安定したビーム運転を実現している。2008年度のビーム運転開始以来、GCSは運転制御コミッショニングに基づく改修を経て、システム性能を継続的に維持する視点から、ICSの大幅なアップグレードやILSの機能拡張を実施してきた(2010年度-2015年度)。この様に運転開始から約10年間、GCSには全般に渡って数多くの追加・変更がなされてきた。したがってGCS高度化の今後の方向性を決めるために、これまでの高度化の履歴とGCSの現況を把握することが重要と考え、2017年度時のGCSの構成・機能・役割を整理して取り纏めた。

論文

分子動力学法によるモンモリロナイト層間中の水とイオンの物性評価; 拡散モデルへの反映

四辻 健治*; 舘 幸男; 河村 雄行*; 有馬 立身*; 佐久間 博*

粘土科学, 58(1), p.8 - 25, 2019/00

分子動力学シミュレーションによってモンモリロナイト層間間隙中の水分子やイオンの物性を調査した。膨潤挙動や安定な水和状態に対する層間陽イオンや層電荷による影響が最初に評価された。層間間隙中の水分子や陽イオンの拡散係数はバルク水と比較して小さく、層間間隙が広がるにつれてバルク水に近づくことが確認された。推定された層間間隙水の電粘性効果による粘性係数の変化は、1層あるいは2層水和状態において、また層電荷が高い条件において顕著であった。これらのMD計算によって得られた傾向は、既存の実測データや先行するMD計算事例とも整合することが確認できた。さらに、現状の拡散モデルに用いている電粘性効果を表現するモデルとパラメータは、MD計算結果と実測データの比較を通じて改善できることが示された。これらのMD計算によって得られる分子レベルでの現象理解は、圧縮モンモリロナイト中の拡散モデルの開発と改良に有益な情報を与えるものである。

報告書

Mechanical properties database of reactor pressure vessel steels related to fracture toughness evaluation

飛田 徹; 西山 裕孝; 鬼沢 邦雄

JAEA-Data/Code 2018-013, 60 Pages, 2018/11

JAEA-Data-Code-2018-013.pdf:1.67MB

原子炉圧力容器の健全性を判断する上で、破壊靱性をはじめとする材料の機械的特性は重要な情報となる。本レポートは、日本原子力研究開発機構が取得した中性子照射材を含む原子炉圧力容器鋼材の機械的特性、具体的には引張試験, シャルピー衝撃試験, 落重試験及び破壊靱性試験の公開データをまとめたものである。対象とした材料は、初期プラントから最新プラント相当の不純物含有量及び靱性レベルで製造されたJIS SQV2A(ASTM A533B Class1)相当の5種類の原子炉圧力容器鋼である。また母材に加え、原子炉圧力容器の内張りとして用いられている2種類のステンレスオーバーレイクラッド材の機械的特性データについても記載した。これらの機械的特性データは、材料ごとにグラフで整理するとともに今後のデータの活用しやすさを考慮して表形式でリスト化した。

論文

Stability of montmorillonite edge faces studied using first-principles calculations

佐久間 博*; 舘 幸男; 四辻 健治; 末原 茂*; 有馬 立身*; 藤井 直樹*; 河村 雄行*; 本田 明

Clays and Clay Minerals, 65(4), p.252 - 272, 2017/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:82.12(Chemistry, Physical)

層電荷0.33及び0.5を有する4種類のモンモリロナイト・エッジ表面(110), (010), (100)及び(130)の構造と安定性を評価するため、密度汎関数理論に基づく第一原理計算手法を用いて調べた。特にモンモリロナイト層状体が積層した場合の影響を調べるため、単層モデルと積層モデルを設定して、エッジ表面の安定性を比較した。ほとんどのケースで、層状体間の水素結合により、表面エネルギーは単層モデルよりも積層モデルの方が低くなり安定化する。このことは、エッジ面の表面エネルギーは膨潤状態に依存することを示唆している。エッジ面(010)及び(130)の最も低い表面エネルギーは、エッジ面近傍にMgイオンが露出することにより実現される。これらのエッジ面は、エッジにおける局所的な負電荷によって、カチオンに対する強い吸着サイトを有する。

論文

Progress of the general control system for the Materials and Life Science Experimental Facility in J-PARC

酒井 健二; 大井 元貴; 渡辺 聡彦; 甲斐 哲也; 加藤 裕子; 明午 伸一郎; 高田 弘

JAEA-Conf 2015-002, p.593 - 598, 2016/02

安全で安定なビーム運転のために、MLFでは、統括制御、インターロック、サーバ、ネットワーク、タイミング配信システムからなる全体制御システム(MLF-GCS)を稼働している。2008年の最初の陽子ビームの受け入れ以来、MLF-GCSは、ビームパワー増強に伴うターゲット機器のアップグレードや、ユーザー実験装置の毎年の増設に対応しながらも、大きなトラブルもなく安定した運転を実現してきた。しかしながら、近年は、長期に渡る継続的な施設運転の観点から、GCSの大掛かりな改造が進められている。例えば、メンテナンス時の柔軟性を高める目的で、基盤ソフトウェアを変更することで、GCSの監視操作システムがアップグレードされた。またJ-PARCの安全体制の再構築に従い、GCSのインターロックシステムも改良された。本論文では、MLF-GCSの近年の進捗状況について報告する。

論文

Introduction to development of advanced safeguards and security NDA technologies by JAEA-ISCN

瀬谷 道夫; 呉田 昌俊; 曽山 和彦; 中村 仁宣; 原田 秀郎; 羽島 良一

Proceedings of INMM 55th Annual Meeting (Internet), 10 Pages, 2014/07

原子力機構は保障措置及び核セキュリティのための、次の先進的な核物質非破壊測定の基礎技術開発プログラムを実施してきている。(1)ZnS/B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータによる$$^{3}$$He代替中性子検知技術、(2)中性子共鳴透過分析(NRTA)及び中性子共鳴捕獲分析(NRCA)の組み合わせによる中性子共鳴濃度分析法、(3)レーザー・コンプトン散乱$$gamma$$線(大強度単色$$gamma$$線)利用核共鳴蛍光NDA(1)は、供給不足が懸念される$$^{3}$$Heに代わるZnS/B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータ中性子検出器の開発であり、(2)は、粒子状溶融燃料などの測定対象物中の核物質同位体組成比測定NDA技術開発、(3)は、レーザー・コンプトン散乱により発生させたエネルギー可変の大強度の単色$$gamma$$線により引き起こすPu/U同位体の核共鳴蛍光反応を利用するNDAのためのプログラムである。この論文ではこれらについて紹介する。

論文

First principles molecular dynamics study of interlayer water and cations in vermiculite

池田 隆司

Clay Science, 18(2), p.23 - 31, 2014/06

粘土鉱物へのセシウムの非可逆的な吸脱着の起源を明らかにするために層間にMg$$^{2+}$$, K$$^{+}$$, Cs$$^{+}$$と共に水を含むバーミキュライトの第一原理分子動力学シミュレーションを行った。カチオンと一緒に含まれている層間水の構造と動的性質を詳しく検討したところ、Mg$$^{2+}$$とCs$$^{+}$$ではそれぞれ外圏型と内圏型錯体が層間に形成されるがK$$^{+}$$ではどちらの表面錯体も形成されることがわかった。層間に形成される電気2重層の構造は層間内カチオンの表面錯体のタイプに依存することが示された。水分子の再配向運動はCs$$^{+}$$によって促進されるが、これはMg$$^{2+}$$とK$$^{+}$$ではほとんど影響がないこととは対照的である。また水分子の拡散も促進されることが観測されたことからCs$$^{+}$$は2次元に制限された空間である層間においても構造破壊イオンとして働くことが示唆された。

論文

Development and operation of the JAERI superconducting energy recovery linacs

峰原 英介

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 557(1), p.16 - 22, 2006/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:46.33(Instruments & Instrumentation)

原研は世界で現在運転中の2台のエネルギー回収型リニアック(ERL)の一つを独力で開発し、もう1台の施設であるジェファーソン国研のERLとともに世界のERL開発及び将来のERL応用研究を切り開いてきた。現在のアップグレード開発研究と応力腐食割れ防止技術開発研究、さらにERLの主要開発要素でもある光陰極,電子励起陰極などの大電流光電子銃技術に関して報告する。

論文

Multipass beam breakup in energy recovery linacs

Pozdeyev, E.*; Tennant, C.*; Bisognano, J. J.*; 沢村 勝; 羽島 良一; Smith, T. I.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 557(1), p.176 - 188, 2006/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:35.19(Instruments & Instrumentation)

多周回,多バンチ加速におけるビーム不安定性(BBU)の研究は大電流のエネルギー回収型リニアック(ERL)の電流を制限する要因として重要である。この不安定性は軸をずれたビームによって励起される高調波モードが周回してきた電子ビームによって増幅されるときに起こる。この現象をシミュレーションする計算コードBBU-Rを開発し、ERLの閾値電流の計算を行った。このコードのほかにも世界各地でBBUをシミュレーションする計算コードが開発されている。これらの問題解決のためのアプローチや計算手法などを比較し、BBU研究の今後の課題等について議論する。

論文

Optics and beam transport in energy-recovery linacs

羽島 良一

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 557(1), p.45 - 50, 2006/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.24(Instruments & Instrumentation)

エネルギー回収型リニアックにおけるビーム光学,ビーム輸送系の諸問題をまとめ、研究の最新動向を述べる。合流部及び周回軌道における空間電荷,コヒーレント放射によるエミッタンス増大の評価方法とその抑制方法の提案,ビーム電流の上限を与えるHOM不安定性現象の閾値電流計算手法と不安定性を抑制するためのビーム光学的なアプローチ、さらに、FEL,放射光,電子冷却などの目的に応じたビーム周回軌道の設計方法などである。

論文

原研エネルギー回収型ライナックにおけるコヒーレント放射光の観測

高橋 俊晴*; 峰原 英介; 羽島 良一; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 奥田 修一*

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.498 - 500, 2005/07

原研エネルギー回収型リニアックからのコヒーレント放射光を観測した。周回軌道の第2アーク,2番偏向磁石からのシンクロトロン放射を真空外に取り出し、分光測定を行ったところ、コヒーレント放射光に対応する大強度放射がミリ波領域で観測された。

論文

原研ERL-FEL制御系のWebベースデータベースシステムの開発

菊澤 信宏; 永井 良治

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.430 - 432, 2005/07

加速器に関する膨大な計測データを有効活用するためには、必要なデータを簡単な操作で検索して可視化できることが重要である。このためソースコードが公開されているオープンソースソフトウェアを利用してWebデータベース(DB)の開発を行った。データの管理や表示をWeb上で行えるようになったことにより、ネットワークでつながった端末であれば機種や場所を選ばずにデータの編集や検索などが行えるため、効率的に管理できるようになった。現在では計測データのほかにも機器の設定情報や作業マニュアルなどもWeb上で検索できるようになっており、情報の共有化を進めている。本研究会ではこのWeb DBシステムの開発について報告する。

論文

Structure reform and special economic zone in large helium liquifier complex for the 4th generation ERL light source

峰原 英介

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.200 - 201, 2005/07

第4世代ERL放射光の実現には、2K極低温に冷却された500m長の超伝導空洞とこれを冷却する大型極低温冷凍機が必要である。この運転は半永久無昇温運転により無故障運転を実現するとしても、この全系の完成前の保守と建設は現在の高圧ガスの規制の下では極めて高価であり、故障の元となる非合理な作業が多く、また大量の労力が必要な膨大な申請書類の処理が必要となる。これを解決するため、構造改革経済特区の実現を図る予定である。このほか放射光施設での非合理な規制解消を併せて図る予定である。

論文

ERL-FELからのチャープパルス計測

飯島 北斗; 羽島 良一; 永井 良治; 峰原 英介; 山内 俊彦

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.793 - 795, 2005/07

原研・光量子科学研究センター・FELグループはエネルギー回収型超伝導加速器(ERL)を用いた遠赤外超短パルス高出力FELの開発を進めてきた。この加速器から発振される波長約20$$mu$$mのチャープされたFELは、例えば多原子分子の解離などに応用した場合、現状の技術よりも飛躍的に高い解離効率が期待される。これまでの研究で、波長23.3$$mu$$m,パルス幅319fs(FWHM),チャープ量$$Deltaomega/omega_0$$=14.3%のFEL発振に成功し、これを自己相関により測定した。現在はこのチャープされたFELの時間と周波数の相関を直接観測するために、frequency-resolved optical grating (FROG)による計測の準備を進めている。加えて、FEL光輸送系の構築も行った。

論文

Velocity bunchingされた電子バンチのダブルスリット法によるエミッタンスの測定

飯島 北斗; 羽島 良一; 上坂 充*; 作美 明*; 坂本 文人*; 上田 徹*

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.501 - 503, 2005/07

エネルギー回収型超伝導リニアック(ERL)は、次世代放射光源として高輝度かつコヒーレントなX線発生を実現する技術として注目を浴びている。こうしたX線の利用方法はさまざまであるが、その1つにpump-and-probe法による超高速現象の観測が挙げられ、こうした実験では高時間分解能を必要とすることから、100fs程度の電子バンチの生成が要求される。そこでわれわれは、この極短電子バンチの生成方法としてmain linacでのvelocity bunchingを考え、PARMELAによるシミュレーションでこれを評価した。加速管はTESLA型を仮定した。これにより電荷量77pCの電子バンチが3.2psから0.17psまで圧縮できることを確認した。エミッタンスに関しては1.5$$pi$$mm.mradで、わずかな増大が確認されたが、それは許容範囲であった。今後、このシミュレーションをもとに低電荷量,低エミッタンスビームに対する圧縮の実証実験を東大18Lライナックで行う。

論文

Perl入門; ものぐさ太郎のUNIX環境

清水 勝宏

プラズマ・核融合学会誌, 81(6), p.458 - 463, 2005/06

UNIXではコード開発環境を整備するため、通常シェルでスクリプトが作成されるが、知識と経験が必要であった。CGIで有名なPerlが学びやすく使いやすいので、スクリプトを書いたことのない初心者にでもわかるように、Perlによるスクリプト作成の一連の手順を解説する。コード開発において、ディレクトリの移動,ファイルの編集,実行は日々何回も行われるものである。こうした作業を効率的に行うため、Perlで開発したツールの紹介も行う。

論文

エネルギー回収型リニアックに関する国際ワークショップ,ERL-2005

羽島 良一; 諏訪田 剛*

放射光, 18(3), p.200 - 201, 2005/05

エネルギー回収型リニアックに関する国際ワークショップ(ERL-2005)が、米国ジェファーソン研究所にて2005年3月18日から23日に開催された。本会議はERLに関する初めての国際ワークショップであり158名の参加者が集まり盛大に行われた。本稿では次世代放射光源に関する話題を中心に会議の内容を報告する。

論文

Generation of coherent synchrotron radiation from JAERI-ERL

羽島 良一; 峰原 英介; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 高橋 俊晴*; 奥田 修一*

Proceedings of 27th International Free Electron Laser Conference (FEL 2005) (CD-ROM), p.301 - 304, 2005/00

原研のエネルギー回収型リニアック(ERL)から発生するコヒーレント放射光の測定を行った。アンジュレータ下流の偏向磁石位置において発生するシンクロトロン放射光の測定を行ったところ、ミリ波領域において強い放射(コヒーレント効果)が確認できた。放射光のスペクトルは電子バンチの時間幅で説明できる。

論文

JAERI 10kW high power ERL-FEL and its applications in nuclear energy industries

峰原 英介; 羽島 良一; 飯島 北斗; 菊澤 信宏; 永井 良治; 西森 信行; 西谷 智博; 沢村 勝; 山内 俊彦

Proceedings of 27th International Free Electron Laser Conference (FEL 2005) (CD-ROM), p.305 - 308, 2005/00

原研高出力ERL-FELは10kWよりも高出力高効率FELに拡張された。これは原子力エネルギー産業、とその他の重工業たとえば防衛,造船,化学工業,環境科学,スペースデフリ処理,エネルギー伝送などのために開発されたものである。波長可変,高効率,高平均出力,高ピーク出力,極短パルスを実現するために、エネルギー回収配位を持つ原研独自のコンパクト,自立式,無蒸発型超伝導リニアックによって駆動される効率的な高出力のFELが必要である。このERL-FELに関する議論はこの10kWアップグレードの現状と原子力発電所の廃炉措置を行うための非熱剥ぎ取り,切断,穿孔などの応用と、また小さな立方体の低炭素ステンレス鋼を用いて、定常運転状態での原子力発電所における冷間加工応力腐食割れ故障予防の原理検証を成功裏に実行できたことについて述べられる。

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