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報告書

令和2年度計算科学技術研究実績評価報告

システム計算科学センター

JAEA-Evaluation 2021-001, 66 Pages, 2021/11

JAEA-Evaluation-2021-001.pdf:1.66MB

システム計算科学センターでは、「国立研究開発法人日本原子力研究開発機構の中長期目標を達成するための計画(中長期計画)」に基づき、原子力分野における計算科学技術研究に関する研究開発を実施してきた。なお、計算科学技術研究については、新たに設置された計算科学技術研究・評価委員会(以下「委員会」という。)により課題の詳細な内容等が評価された。本報告は、システム計算科学センターにおいて実施された計算科学技術研究の、令和2年度における業務の実績、第3期中長期目標期間終了時に見込まれる業務実績、及び、それらに対する委員会による評価をとりまとめたものである。

報告書

令和元年度計算科学技術研究実績評価報告

システム計算科学センター

JAEA-Evaluation 2020-002, 37 Pages, 2020/12

JAEA-Evaluation-2020-002.pdf:1.59MB

システム計算科学センターにおいては、「国立研究開発法人日本原子力研究開発機構の中長期目標を達成するための計画(中長期計画)」に基づき、原子力分野における計算科学技術研究に関する研究開発を実施してきた。本研究開発は原子力基礎基盤研究のうちの1分野として位置づけられていることから、原子力基礎工学研究・評価委員会による助言と評価がなされるが、計算科学技術研究については、それを支援するために原子力基礎工学研究・評価委員会の下に計算科学技術研究専門部会が設置され、課題の詳細な内容等を評価することとなった。本報告は、令和元年度にシステム計算科学センターにおいて実施された計算科学技術研究の実績と、それに対する計算科学技術研究専門部会による評価をとりまとめたものである。

論文

MPI/OpenMP hybrid parallelization of a Monte Carlo neutron/photon transport code MVP

長家 康展; 足立 将晶*

Proceedings of International Conference on Mathematics & Computational Methods Applied to Nuclear Science & Engineering (M&C 2017) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2017/04

MVPは連続エネルギー法に基づく汎用中性子・光子輸送モンテカルロコードである。MVPコードの高速化を図るため、メッセージ・パッシング・インターフェースライブラリMPIと共有メモリ・マルチプロセッシングライブラリOpenMPを用いてハイブリッド並列化を行った。高速炉集合体の固有値計算、中性子・光子結合問題の固定源計算、PWR全炉心モデルに対する計算に対して性能評価を行った。比較は、4プロセス並列のMPI並列計算と4プロセス並列$$times$$3スレッド並列のハイブリッド並列の計算時間と使用メモリ量に対して行った。その結果、ハイブリッド並列は16%から34%の計算時間削減を達成し、使用メモリ量はほとんど変わらないことが分かった。

論文

Sorption of Eu$$^{3+}$$ on Na-montmorillonite studied by time-resolved laser fluorescence spectroscopy and surface complexation modeling

佐々木 隆之*; 上田 健揚*; 斉藤 拓巳; 青柳 登; 小林 大志*; 高木 郁二*; 木村 貴海; 舘 幸男

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(4), p.592 - 601, 2016/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:75.69(Nuclear Science & Technology)

ナトリウム型モンモリロナイトへのEu(III)の収着に対するpH, Eu濃度,硝酸塩濃度の影響について、バッチ収着試験と時間分解型レーザー誘起蛍光分光(TRLFS)によって調査された。0.01M硝酸ナトリウム中では分配係数(Kd)はpHにほとんど依存せず、一方で、1M硝酸ナトリウム中ではKdはpHに大きく依存した。陽イオン交換モデルと1サイトの静電補正を考慮しない表面錯体モデルを組み合せたモデルによってKdデータが解釈された。Eu表面化学種に対するTRLFSスペクトルはパラレル因子分析法(PARAFAC)により解析され、1つの外圏錯体(ファクターA)と2つの内圏錯体(ファクターB及びC)への対応が示唆された。ファクターAとBは、イオン交換サイトへ収着したEu、エッジの水酸基との内圏錯体に、それぞれ対応するものである。ファクターCは比較的高いpH、イオン強度条件で支配的であり、表面におけるEu(OH)$$_{3}$$の析出物と評価された。

論文

Parallel computing with Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS)

古田 琢哉; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 仁井田 浩二*; 石川 顕一*; 野田 茂穂*; 高木 周*; 前山 拓哉*; 福西 暢尚*; 深作 和明*; et al.

Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 9 Pages, 2015/04

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSには計算時間短縮のために、二種類の並列計算機能が組み込まれている。一つはメッセージパッシングインターフェイス(MPI)を利用した分散メモリ型並列計算機能であり、もう一つはOpenMP指示文を利用した共有メモリ型並列計算機能である。それぞれの機能には利点と欠点があり、PHITSでは両方の機能を組み込むことで、利用者のニーズに合わせた並列計算が可能である。また、最大並列数が8から16程度のノードを一つの単位として、数千から数万というノード数で構成されるスーパーコンピュータでは、同一ノード内ではOpenMP、ノード間ではMPIの並列機能を使用するハイブリッド型での並列計算も可能である。それぞれの並列機能の動作について解説するとともにワークステーションや京コンピュータを使用した適用例について示す。

論文

PHITSの医学物理学分野への応用,2; 並列計算による高速化

古田 琢哉; 佐藤 達彦

医学物理, 35(3), p.264 - 268, 2015/00

近年の目覚ましいコンピュータ計算処理性能の向上により、放射線治療のためのモンテカルロ法による線量計算等が現実的な時間で実行できるようになった。しかし、最近のコンピュータの発展はマルチコアプロセッサーの開発によるものであり、これを搭載したコンピュータの性能を最大限に活かし、ソフトウェアを高速に動作させるためには、並列化が鍵となる。PHITSはMPIを利用した分散メモリ型並列計算とOpenMP指示文を利用した共有メモリ型並列計算の二つの機能を含んでおり、ユーザーは目的に合わせてこれらの二つの並列機能を使い分けることができる。本解説では、この二つの並列機能について、利点や欠点を含めて説明する。また、種々の放射線を水ファントムに入射させる計算を典型的なマルチコアプロセッサー搭載の高性能ワークステーションで行った計算時間等を示すことでPHITSの並列計算の性能を示す。

論文

Nonlinear acceleration of the electron inertia-dominated magnetohydrodynamic modes due to electron parallel compressibility

松本 太郎; 内藤 裕志*; 徳田 伸二; 岸本 泰明

Physics of Plasmas, 12(9), p.092505_1 - 092505_7, 2005/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:7.25(Physics, Fluids & Plasmas)

磁気流体力学(MHD)不安定性の研究は、プラズマを閉じ込める磁気面の保持/再生にかかわる、トカマク炉心プラズマ研究の中心課題である。核融合プラズマの中心部のような高温になると電気抵抗が小さくなるとともに、むしろ電子慣性,有限ラーマ半径等の非衝突効果(運動論的効果)が磁気再結合過程に深くかかわる。本研究では、ジャイロ運動論的粒子モデルを用いた3次元シミュレーションにより、磁気再結合を伴うMHD不安定性に対する運動論的効果の解明を目的とした。電子慣性の特徴的長さは電子スキン長であるが、それと比較して磁気再結合にかかわる他の素過程の特性長(イオンラーマ半径,抵抗層の厚さ等)が小さい場合、キンクモードは主として電子慣性によって誘起されると考えられる。しかし、このような電子慣性が支配的な運動論的キンクモードに対して、磁力線方向の電子圧縮性がわずかに存在する場合は、磁気再結合点近傍の電流構造を非線形的にY型からX型に変化させる。それゆえ、線形成長過程において電子慣性により支配されていたモードは、非線形的に成長率を加速させ、ある一定以上の成長率に達して内部崩壊に至ることが明らかとなった。また、このような非線形加速は、DTM等の内部モードに共通して現れる現象であることも判明した。

報告書

MVP/GMVP 2; General purpose Monte Carlo codes for neutron and photon transport calculations based on continuous energy and multigroup methods

長家 康展; 奥村 啓介; 森 貴正; 中川 正幸

JAERI 1348, 388 Pages, 2005/06

JAERI-1348.pdf:2.02MB

高速かつ高精度な中性子・光子輸送モンテカルロ計算を実現するため、2つのベクトルモンテカルロコードMVPとGMVPが日本原子力研究所において開発されている。MVPは連続エネルギー法、GMVPは多群法に基づいている。これらのコードはベクトル計算機上において、既存のスカラーコードに比べて10倍以上の高速化を実現している。両コードは正確な物理モデル,詳細な幾何形状表現法,分散低減法等、実用コードとして十分な機能を有している。これらコードの第1版は1994年に公開され、これまで広範囲にわたって改良及び新機能の追加がなされてきた。主な改良点と新機能は(1)ENDF-6形式のファイル6を用いて表現された散乱モデルへの対応,(2)時間依存タリー,(3)ポイントワイズ応答関数を用いた反応率計算,(4)柔軟な線源の指定,(5)任意温度における連続エネルギー計算,(6)固有値問題における分散のバイアス評価,(7)点検出器及び面検出器評価法,(8)確率論的幾何形状モデル,(9)炉雑音解析機能等である。本報告書では2つのコードで用いられている物理モデル,幾何形状表現法,新たな機能及びそれらの使用法が記載されている。

報告書

HTTR出力上昇試験における放射線モニタリングデータ; 高温試験運転モード30MWまでの結果

足利谷 好信; 川崎 朋克; 吉野 敏明; 石田 恵一

JAERI-Tech 2005-010, 81 Pages, 2005/03

JAERI-Tech-2005-010.pdf:16.65MB

高温工学試験研究炉(HTTR)は、平成11年9月16日から出力上昇試験が開始され、出力上昇試験(4)の定格運転モード(原子炉出口冷却材温度850$$^{circ}$$C,原子炉熱出力30MW)の単独・並列運転に続いて、平成16年3月21日から平成16年7月7日にかけて、出力上昇試験(5)として高温試験運転モード(原子炉出口冷却材温度950$$^{circ}$$C,原子炉熱出力30MW)の単独・並列運転を実施し試験は無事終了した。本報は、高温試験運転モードの出力上昇試験(単独・並列運転)における原子炉運転中及び停止後の放射線モニタリング結果についてまとめたものである。高温試験運転モードの放射線モニタリング結果は、定格運転モードと同様に、原子炉運転中における作業者が立ち入る場所の線量当量率,放射性物質濃度等は、バックグラウンドであり、また、排気筒からの放射性物質の放出もなく、放射線レベルは十分低いことが確認された。なお、定格運転モード(原子炉出口冷却材温度850$$^{circ}$$C,原子炉熱出力30MW)の出力上昇試験における放射線モニタリングデータについても一部掲載した。

論文

没入型VR装置における並列ボリュームレンダリング

中島 憲宏; 大野 暢亮*; 鈴木 喜雄*; 呉田 昌俊*

電気学会論文誌,C, 124(10), p.2197 - 2198, 2004/10

没入型VR装置でボリュームレンダリングを行う場合、テクスチャマッピングを利用すると簡易に実行できるが、特に視点がデータに近い場合、描画速度に問題がある。われわれは、テクスチャを利用しなくとも、2つの高速化アルゴリズムの併用とその並列化により、高速なボリュームレンダリングが没入型VR装置で実現できることを示した。本開発により、ボリュームレンダリングによるデータ全体の把握を、没入型VR装置でも高速に行うことが可能となった。

論文

原研におけるスーパーコンピュータ環境を例として

安積 正史

プラズマ・核融合学会誌, 80(5), p.378 - 381, 2004/05

原研における大規模科学シミュレーション環境の進展が概説される。核融合シミュレーション科学の展開が原研におけるスーパーコンピュータ及び計算機ネットワーク能力の増加に重要な役割を果たしてきた。現在、東海研と那珂研においてベクトル,スカラー両者の並列計算機が稼働中であり、核融合シミュレーション計画,NEXT計画、のもとで開発されている流体,粒子コードがそれぞれのシステムで動いている。遠隔利用者による視覚化処理を効率的に行うためのデータ転送法の開発も成功裏に進められている。核融合研究はITERの新しい段階に入ろうとしており、シミュレーションモデルのさらなる進展とともに、計算機システムのより一層の高性能化に対するニーズがこれまで以上に高まってきている。

報告書

第4回創造的研究のための大規模データマネージメントシンポジウム論文集; 2002年9月2日-4日,光量子科学研究センター,京都

上島 豊

JAERI-Conf 2004-003, 62 Pages, 2004/03

JAERI-Conf-2004-003.pdf:6.14MB

本報告書は、2002年9月2日から4日の3日間、京都の関西研究所光量子科学研究センターで開催された第4回創造的研究のための大規模データマネージメントシンポジウムの論文10本をまとめたものである。本シンポジウムは、民間及び公的研究機関の研究者及びその関係者が大規模データ処理や可視化を伴う実験や研究及びその基盤を支えるネットワークなどの大規模データマネージメントに関する最新の研究、技術について報告し、情報交流を行うことを目的としている。本シンポジウムの構成は、講演及びパネルディスカッション、実験室・スーパーコンピュータ施設見学、併設科学館であるきっづ光科学館ふぉとん見学とした。民間から7件、大学・研究機関から10件の合計17件の講演があり、参加者は、所外からの参加者95名を含む合計117名の参加があった。本シンポジウムは、計算科学及び光量子シミュレーション及び実験研究において重要である大規模データマネージメント技術の現状及び展望を示し、今後の研究指針を立てるうえで貴重な場となった。

報告書

大規模データマネージメント関連会議合同論文集; 2003年1月29日-31日,光量子科学研究センター,京都

光量子科学研究センター; 計算科学技術推進センター

JAERI-Conf 2004-002, 81 Pages, 2004/03

JAERI-Conf-2004-002.pdf:7.77MB

この大規模データマネージメント関連会議の合同論文集は、14本の大規模データマネージメント関連の論文からなっている。これらは、2003年1月29日から30日の2日間開かれたITBL環境下での大規模データマネージメントに関するオープンワークショップと2003年1月31日に開かれた大規模シミュレーションを使った光量子物質相互作用研究会の論文をまとめたものである。

報告書

New method for model coupling using Stampi; Application to the coupling of Atmosphere Model (MM5) and Land-Surface Model (SOLVEG)

永井 晴康

JAERI-Data/Code 2003-021, 36 Pages, 2003/12

JAERI-Data-Code-2003-021.pdf:1.73MB

地表付近の熱,水及び物質交換の研究に適用する目的で、大気―陸面結合モデルの開発を行っており、並列計算通信ライブラリMPI(Message Passing Interface)を用いたモデル結合手法を考案した。大気モデルにはペンシルバニア州立大学と米国大気研究センターが開発したメソスケール非静力大気モデル(PSU/NCAR-MM5)を、陸面モデルには原研で開発した接地層大気,土壌及び植生を含む詳細なモデル(SOLVEG)を用いた。また、MPIとしては、原研で開発した異機種並列計算機間通信ライブラリ(Stampi)を用いた。各モデルの独立した平行計算において、それぞれの計算結果をMPIにより交換し合うことにより結合を行う。

論文

Proposal and implementation of a fluid-Structure coupled simulation system with parallel commercial codes

Guo, Z.; 羽間 収; 山極 満; 平山 俊雄; 松澤 照男*

Advances in computational & experimental engineering & sciences (CD-ROM), 6 Pages, 2003/07

高性能な市販汎用解析ソフトウェアは豊富な解析機能に加え、数値信頼性も高いため、学術研究のみならず、新製品開発等にも多用されている。このため、弱連成アプローチを用いた複数の市販汎用解析ソフトウェアによる多元理現象、いわゆる、異なる物理連成問題への応用研究は最近数年、盛んに行われている。これは弱連成解析システムが最も適合な解析ソフトウェアにより構築でき、より複雑な物理現象を精度良く解析することができるためである。しかし、それぞれ独立に並列化された市販ソフトウェアを一つの連成解析システムとして構築すると、市販ソフトウェア間の通信コミュニケータの相互干渉により、連成解析システムが機能しないことがある。本研究は、本来異機種間通信のために開発されたライブラリSTAMPIを活用して通信コミュニケータの相互干渉を解決し、並列市販解析ソフトウェアによる連成解析システムを構築し、その実効性をも検証することを目的とする。

論文

異なった時空間スケールが関与する多階層プラズマシミュレーション研究; 現状からの展望, まえがき

岸本 泰明

プラズマ・核融合学会誌, 79(5), p.460 - 463, 2003/05

「異なった時空間スケールが関与する多階層シミュレーション研究」の視点に基づいて、プラズマが本質的役割を果たす基礎学術分野,磁場核融合分野,レーザー核融合分野,宇宙・天体分野の多階層シミュレーション研究の現状と今後の展開に関して、大規模計算機を中心とした計算科学の視点を含めてレビューしたものである。

論文

Global gyrokinetic simulation of ion temperature gradient driven turbulence in plasmas using a canonical Maxwellian distribution

井戸村 泰宏; 徳田 伸二; 岸本 泰明

Nuclear Fusion, 43(4), p.234 - 243, 2003/04

 被引用回数:112 パーセンタイル:95.35(Physics, Fluids & Plasmas)

ジャイロ運動論的トロイダル粒子コードGT3Dを開発した。GT3Dでは、軸対称トロイダル系における運動の恒量により定義される正準マックスウェル分布に基づく手法,高$$(m,n)$$モードのグローバル解析を可能にする準バルーニング展開、あるいは、粒子,エネルギーなどの保存則を改善する最適化粒子配分法といった新しい手法が実装されており、実装置パラメータにおける高精度のプラズマ乱流シミュレーションが可能になっている。本コードを大型トカマク$$(a/rho_i=320sim460)$$におけるITG(イオン温度勾配駆動)モードの解析に適用し、反転磁気シア配位は$$q_{min}$$領域におけるITGモードの実質的な安定化に寄与することを明らかにした。また、GT3Dでは正準マックスウェル分布を用いた実装により、軸対称モード、特に、乱流抑制に寄与する乱流駆動$$Etimes B$$帯状流の応答が正しく表現されている事を確認し、従来の局所マックスウェル分布を用いた乱流シミュレーションにおける重要な問題点を明らかにした。

論文

Parallel implementation of the solver for the one-dimensional Vlasov-Poisson equation based on the DA-CIP method

内海 隆行*; Koga, J. K.; 功刀 資彰*

Parallel Computational Fluid Dynamics; New Frontiers and Multi-Disciplinary Applications, p.539 - 546, 2003/00

高強度・短パルスレーザー照射によるプラズマのメゾスコピックレベルでの非線現象の解明には、ブラソフ-ポアソン方程式の高精度かつ高効率の数値解析手法が必要となる。このため、従来より粒子シミュレーション法,フーリエ-エルミート変換法,フーリエ-フーリエ変換法,有限要素法,スプリッティング法などが提案されてきたが、筆者等は数値流体解析手法として開発されたCIP法を拡張したDA-CIP法を提案してきた。DA-CIP法は、差分操作を含まず、場の量を支配方程式と整合性のある空間微分値を含めた状態量により推定し、時間発展を高精度数値積分法を用いて計算するために、安定で高精度な数値解を得ることができる。本報告では、DA-CIP法が局所的演算に基づく手法であるために、関西研の超並列計算機システムなどによる並列計算に適したアルゴリズムであることを示す。

報告書

HTTR出力上昇試験における放射線モニタリングデータ; 定格運転モード30MWまでの結果

足利谷 好信; 吉野 敏明; 安 和寿; 黒沢 義昭; 沢 和弘

JAERI-Tech 2002-094, 80 Pages, 2002/12

JAERI-Tech-2002-094.pdf:12.8MB

高温工学試験研究炉(HTTR)は、定格運転モード9MW(単独・並列運転),定格運転及び高温試験運転モードの20MW(単独・並列運転)の出力上昇試験に続いて平成13年10月20日から定格運転モード(原子炉出口温度850$$^{circ}C$$),定格熱出力30MWの出力上昇試験(単独・並列運転)を実施し、平成14年3月11日に無事終了した。本報は、定格運転モード30MW出力上昇試験(単独・並列運転)における原子炉運転中及び停止後の放射線モニタリング結果についてまとめたものである。定格運転モード30MW出力上昇試験の放射線モニタリング結果、原子炉運転中に作業者が立ち入る場所の線量当量率,放射性物質濃度等は、バックグラウンドであり、また、排気筒からの放射性物質の有意な放出もなく、放射線レベルは十分低いことが確認された。なお、平成14年5月20日~平成14年7月6日に実施した第1サイクル運転時の放射線モニタリングデータについても一部掲載した。

論文

磁力線に沿った運動が関与する非局所輸送

滝塚 知典; 北條 仁士*; 羽鳥 尹承*

プラズマ・核融合学会誌, 78(9), p.857 - 912, 2002/09

磁場閉じ込めプラズマ中の磁力線に沿った輸送について概説する。無衝突及び衝突拡散的輸送について比較する。その速い輸送のために、磁力線方向のプラズマの性質は非局所的に振る舞いやすい。トカマク中のスクレイプオフ層とダイバータプラズマの非局所的現象の一つを紹介する。その磁力線方向に形成される非対称性はスクレイプ層の電流に関連する熱電不安定性に起因する。MARFEと呼ばれる局所的な現象は強い放射冷却により作られる。磁力線方向に非局所的で磁力線垂直方向に局所的構造を持つスネークはトカマクの中心プラズマに生じている。ミラープラズマにおけるミラー端からの軸方向損失について紹介する。特にピチ角散乱によるロスコーンへの落下及び磁気モーメント断熱性の破れによる損失が非局所的な軸方向輸送に関連することを述べる。

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