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廃炉環境国際共同研究センター; 横浜国立大学*
JAEA-Review 2024-024, 88 Pages, 2024/11
JAEA-Review-2024-024.pdf:4.5MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和4年度に採択された研究課題のうち、「障害物等による劣悪環境下でも通信可能なパッシブ無線通信方式の開発」の令和4年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、上記無線通信システム実現のための基地局とセンサノード、センサ位置特定アルゴリズム、電磁波遮蔽領域に対する無線エリア形成手法を開発した。基地局アンテナとしては、ダウンリンクに2.45GHz、アップリンクに2倍高調波である4.9GHzを用いる基地局アンテナを開発した。またこれに対応するセンサノードを開発した。また開発した回路およびアンテナが放射線の影響を受けずに動作することを確認した。センサ位置特定アルゴリズムに関する研究としては、原子炉建屋内など対象エリア内のロボットや作業者の位置を可視化および座標化するための多重波電波トモグラフィー法を計算機シミュレーションにより開発し、単純な実験室環境での測定による動作確認を行った。また高分解能測定系構築と信号処理手法として、伝搬特性の類似した到来波同士をクラスタ化する手法を開発し、求められたクラスタから電波伝搬メカニズムを同定し、多重波経路を求める手法を構築した。電磁波遮蔽領域に対する無線エリア形成手法に関する研究として、原子炉格納容器内のような電波遮蔽領域に対してペネトレーションを無線リンク確立手段とした導波路およびアンテナ素子を開発した。
井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; Ali, Y.*; 今村 俊幸*
Proceedings of International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis (SC 2020) (Internet), p.1318 - 1330, 2020/11
被引用回数：2 パーセンタイル：34.38(Computer Science, Information Systems)5次元ジャイロ運動論モデルに基づく次世代核融合実験炉ITERのマルチスケールfull-
シミュレーションは核融合科学において最も計算コストが大きい問題の一つである。本研究では、新しい混合精度省通信クリロフ法を用いてジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dを高速化した。演算加速環境における大域的集団通信のボトルネックを省通信クリロフ法によって解決した。これに加えて、A64FXにおいて新たにサポートされたFP16SIMD演算を用いて設計された新しいFP16前処理により、反復(袖通信)の回数と計算コストの両方を削減した。富岳とSummitにおける1,440CPU/GPUを用いた1,000億格子のITER規模シミュレーションに対して、提案手法の処理性能は従来の非省通信クリロフ法に比べてそれぞれ2.8倍, 1.9倍高速化され、5,760CPU/GPUまで良好な強スケーリングを示した。
西山 裕; 岩井 正樹; 椿 裕彦; 千葉 悠介; 早坂 寿郎*; 大野 隼人*; 羽生 敏紀*
JAEA-Technology 2020-006, 26 Pages, 2020/08
JAEA-Technology-2020-006.pdf:2.43MB
楢葉遠隔技術開発センター遠隔機材整備運用課は、原子力災害特別措置法及び平成二十四年文部科学省・経済産業省令第四号「原子力災害特別措置法に基づき原子力事業者が作成すべき原子力事業者防災業務計画等に関する命令」(以下「計画等命令」という。)に対応するための日本原子力研究開発機構内の原子力緊急事態支援組織の中核を担っている。同課の重要な任務に遠隔機材(作業用ロボット及び偵察用ロボット等)の整備がある。作業用ロボットに関し、既存の作業用ロボット(台車)に積載された原子力災害対応用マニュプレータに付置するマニュプレータ操作指令用無線機について、作業用ロボット(台車)の操作指令機能を付加する改良を設計し実装した。これにより作業用ロボット(台車)の操作指令の冗長化(当該無線機異常時に既設無線機への切替えによる台車操作指令)及び遠距離又は障害物等回避時使用無線中継ロボットの一元化(1台の中継ロボットで台車及びマニュプレータの両操作指令中継)が図られた。(冗長性確保及び高機能付加)また偵察用ロボットに関し、無線通信距離の確認を行った上で、無線強度を測定し、複数のアクセスポイントから最良のアクセスポイントを自動選択する能力を有する運用にとって最善の無線機を選定した。その後当該無線機を偵察用ロボット既存無線機と同時搭載する設計を行い、実装した。(冗長性確保及び高機能付加)本報告書は、令和元年度に実施した、作業用ロボット及び偵察用ロボットの搭載無線機の機能高度化設計及び実装に関するものである。
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：1 パーセンタイル：12.80(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。
松本 和也*; 井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; 真弓 明恵; 山田 進
Journal of Supercomputing, 75(12), p.8115 - 8146, 2019/12
被引用回数：2 パーセンタイル：22.87(Computer Science, Hardware & Architecture)ジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dにおける反復法線形ソルバの性能向上に向けて省通信一般化最小残差法(CA-GMRES)をCPU-GPUハイブリッドクラスタで実装した。CA-GMRESに加え、計算量を削減するために我々が提案した修正版CA-GMRES(M-CA-GMRES)の実装と評価も行った。本研究から、集団通信回数の最小化と密行列積演算による高効率演算というCA-GMRESの利点が実証された。性能評価は1ノードあたりNVIDIA Tesla P100 GPU4台を搭載したReedbush-L GPUクラスタで実施した。この結果、M-CA-GMRESによりCA-GMRES, 一般化共役残差法(GCR), GMRESに比べてそれぞれ1.09x, 1.22x, 1.50xの高速化が示された。
Ali, Y.*; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; 今村 俊幸*
Proceedings of 10th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systems (ScalA 2019), p.1 - 8, 2019/11
被引用回数：11 パーセンタイル：95.86(Computer Science, Theory & Methods)大規模線形問題の反復法ソルバはCFDコードで共通に用いられる。前処理付共役勾配(P-CG)法は最も広く用いられている反復法の一つである。しかしながら、P-CG法では、特に演算加速環境において、大域的集団通信が重要なボトルネックとなる。この問題を解決するために、省通信版のP-CG法がますます重要になっている。本論文では多相CFDコードJUPITERにおけるP-CG法と前処理付チェビシェフ基底省通信CG(P-CBCG)法を最新のV100GPUに移植する。全てのGPUカーネルは高度に最適化され約90%のルーフライン性能を達成し、ブロックヤコビ前処理はGPUの高い演算性能を引き出すように再設計し、さらに残された袖通信のボトルネックは通信と計算のオーバーラップによって回避した。P-CG法とP-CBCG法の全体性能は大域的集団通信と袖通信の省通信特性によって左右され、GPUあたりのノード間通信帯域が重要となることが示された。開発したGPUソルバはKNLにおける以前のCPUソルバの2倍に加速され、Summitにおいて7,680GPUまで良好な強スケーリングを達成した。
宮原 要; 川瀬 啓一
原子力のいまと明日, p.159 - 167, 2019/03
福島原子力発電所事故からの環境修復の準備のため実施された除染モデル実証事業で得られた知見について解説する。
井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; 山下 晋; 小野寺 直幸; 山田 進; 今村 俊幸*
Proceedings of 9th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systems (ScalA 2018) (Internet), p.17 - 24, 2018/11
被引用回数：8 パーセンタイル：92.04(Computer Science, Theory & Methods)多相流体CFDコードJUPITERの圧力ポアソン方程式に省通信マルチグリッド前処理付共役勾配(CAMGCG)法を適用し、省通信クリロフ部分空間法と計算性能と収束特性を比較した。JUPITERコードにおいてCAMGCGソルバ問題サイズによらずロバーストな収束特性を有し、通信削減と収束特性向上を両立することから、通信削減のみを実現する省通信クリロフ部分空間法に対する優位性が高い。CAMGCGソルバを
億自由度の大規模多相流体CFDシミュレーションに適用して反復回数を前処理付CG法の
に削減し、Oakforest-PACSにおける8,000ノードまでの良好な強スケーリングとCG法の
倍の性能向上を達成した。
斎藤 公明; 高原 省五; 植頭 康裕
日本原子力学会誌ATOMO
, 60(2), p.111 - 115, 2018/02
日本原子力研究開発機構では福島第一原子力発電所事故以来、放出された放射性物質に起因する外部被ばく線量、内部被ばく線量を評価するとともに、リスクコミュニケーション活動を継続して実施してきた。外部被ばくに関しては、統計的に被ばく線量分布を評価する手法、詳細な空間線量率の測定により個人線量を現実的に推定する手法をそれぞれ開発し評価を行った。内部被ばくに関しては、県民健康調査の中でホールボディカウンタによる多数の住民を対象にした測定と線量評価を実施した。約250回に及ぶ「放射線に関するご質問に答える会」を開催し、住民の不安に対応する活動を行った。
井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; 真弓 明恵; 山田 進; 松本 和也*; 朝比 祐一*; 今村 俊幸*
Proceedings of 8th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systems (ScalA 2017), p.7_1 - 7_8, 2017/11
ジャイロ運動論的5次元オイラーコードGT5Dに省通信一般化最小残差(CA-GMRES)法を適用し、一般化共役残差(GCR)法を用いたオリジナルコードとの性能比較をJAEA ICEX(Haswell)、Plasma Simulator(FX100)、Oakforest-PACS(KNL)において実施した。CA-GMRES法はGCR法に比べて約3.8倍の演算密度となることから、メモリとネットワークの帯域が制限された将来のエクサスケールアーキテクチャに適合する。性能評価の結果、GCR法に比べて計算カーネルは1.47
2.39倍加速され、1,280ノード処理におけるデータ縮約通信は全体コストの513%から約1%に削減された。
宮原 要; 大原 利眞*
日本原子力学会誌ATOMO, 59(5), p.282 - 286, 2017/05
福島の環境回復に向けた取り組みに関わる連載講座の第1回として、日本原子力研究開発機構と国立環境研究所における環境回復に関する取り組みの概要を紹介する。
大原 利眞*; 宮原 要
Global Environmental Research (Internet), 20(1&2), p.3 - 13, 2017/03
福島第一原子力発電所事故による環境汚染の回復に向けた研究の現状として、日本原子力研究開発機構と国立環境研究所を主とする取組みの概要を紹介する。
宮原 要; McKinley, I. G.*; 斎藤 公明; 飯島 和毅; Hardie, S. M. L.*
Nuclear Engineering International, 60(736), p.12 - 14, 2015/11
福島の環境回復の取組みは、避難住民の早期帰還や住民の安全・安心の確保に向けて知見や技術を集約しつつ進められており、今後の原子力防災の観点からも取りまとめた知見が活用されるべきである。
稲垣 大介*; 津坂 仁和*; 青柳 和平; 名合 牧人*; 井尻 裕二*; 重廣 道子*
Proceedings of ITA-AITES World Tunnel Congress 2015 (WTC 2015)/41st General Assembly, 10 Pages, 2015/05
In the Horonobe Underground Research Laboratory located in Hokkaido, Japan, "3D geological structure/construction data visualization system" has been employed to facilitate observational construction. Using this system, geological data, measurement data, construction data and prediction analysis results are visualized and integrated comprehensively as the construction proceeds. The planned support pattern was, for instance, examined according to the visualized data. Integrating the data of seismic reflection survey and the grouting results into the system, the estimated distribution of faults were revised and the potential area of support instability was determined; this approach has been proven to be effective, completing the shaft construction without any troubles. In addition, the 3D visualization system allows to share clear and common understanding about geological condition and deformation behavior of rock mass among the construction team members. Thus, the system will contribute to more successful implementation of observational construction in understanding rock mass behavior and ensuring optimal structural support and construction safety.
傍島 眞
日本原子力学会誌, 46(2), p.94 - 98, 2004/02
原子力は社会と強い関わりを持って存在している。しかしながら、近年に発生した幾つもの事故と不祥事によって、原子力への人々の信頼感は大きく揺らいでおり、原子力が不安な存在に化しつつある。この実態の分析と内在する問題の把握は、原子力に従事するものにとって重要な課題となっている。原子力が適切に社会に利用されるためには、一般公衆及び原子力発電立地におけるコミュニケーションが、一層重要性を増しており、実情を把握し、問題を克服する方策を探らなければならなくなっている。そのような分析を踏まえ、原子力事業者,研究者,行政者において、役割に応じた、原子力の社会受容性を改善するさまざまな取り組みが提起される。
岸本 泰明
プラズマ・核融合学会誌, 78(9), p.857 - 860, 2002/09
核融合プラズマや天体プラズマを中心に、プラズマが本質的役割を果たすさまざまな現象の中で、「非局所性」とそれに伴う「構造形成」をキーワードとして、それらの現象の背後にある普遍的物理を見いだすことを目的に、(1)レーザー爆縮プラズマ,(2)宇宙プラズマ,(3)磁場プラズマの分野における研究の現状を小特集として紹介している。
傍島 眞
JAERI-Review 2001-011, 90 Pages, 2001/03
JAERI-Review-2001-011.pdf:6.49MB
科学技術の進歩と普及は、人々の生活に大きな影響をもたらしてきた。その影響には人の生活を豊かで便利なものにして行く、科学技術が本来目指す利益(利便)の実現と、その裏側に広がる意図しない害悪の出現とが多くの場合併存しており、技術の高度化,複雑化とともに害悪の面が思わぬ形で人間に大きな危害を加えていることを見過ごせなくなっている。これらに共通する原因は、大量生産,大量消費の追求を背景にした、新技術の導入における事前影響評価や規制が欠如していたことにあろう。本研究では、科学技術のもたらしている利益と害悪とをまず対比させるべく、多様な影響の事例を文献等から広く調査分析し、害悪については直接的に発生している被害と、害の可能性としてのリスクの観点からその種類を分類しつつ、社会的なリスク管理の方法論を考察した。さらに害の一形態である環境への外部性について評価を加えた。それをもとに、将来社会において技術のもたらす害悪を最小にしつつ人々の技術受容を促す社会制度としての施策の要件を政策課題として整理した。
今村 俊幸; 武宮 博*; 小出 洋
JAERI-Data/Code 2000-007, p.114 - 0, 2000/03
JAERI-Data-Code-2000-007.pdf:3.75MB
計算科学技術推進センターでは、異なる並列計算機やワークステーションを任意に組み合わせた計算を行うために、MPIに基づいた異機種並列計算機間通信ライブラリStampiを開発した。現在、StampiシステムはStampi並びにStampi/Javaという形で構成されており、複合並列計算機COMPACSのみならずWWWブラウザ上で動作するAppletとの通信も可能になっている。本報告書は、開発したStampiシステムの設計方針並びに詳細仕様等を取りまとめたものである。
武宮 博*; 山岸 信寛*
JAERI-Data/Code 2000-006, p.172 - 0, 2000/02
JAERI-Data-Code-2000-006.pdf:5.37MB
並列計算機間の通信を支援する遠隔関数呼び出し型通信ライブラリStrarpcについて述べる。Starpcは、Java Applet-Cプログラム間及びCプログラム-Cプログラム間の通信を支援する。Starpcは、以下の3つの特徴を持つ。(1)一般に、Java Appletはセキュリティ上の制約からWebサーバとの通信しか許されていないが、Starpcはセキュリティを保持しつつJava Appletと任意の計算機上のCプログラムとの通信を可能にしている。(2)Argonne研究所において開発されたNexus通信ライブラリを利用することにより、多様な通信プロトコルに対応している。(3)8種の並列計算機、4種のWSサーバを含む多様な計算機上で利用可能である。本報告書では、Starpcの利用方法及びStarpcを用いたアプリケーションの構築方法について述べる。
今村 俊幸; 小出 洋; 武宮 博*
JAERI-Data/Code 2000-002, p.75 - 0, 2000/02
JAERI-Data-Code-2000-002.pdf:3.05MB
異なる並列計算機を任意に組み合わせ計算を行うために、MPIを通信のための単一のインターフェイスとする異機種並列計算機間通信ライブラリStampiを開発した。StampiはMPI2のインターフェイス仕様に基づき、異なる計算機への動的なプロセス生成とMPIのセマンティクスを保ったまま外部との通信を可能としている。Stampiの主な特徴は次のようにまとめられる。(1)外部通信と内部通信とのプロトコル自動選択機能、(2)通信中継モジュールによるメッセージ中継機能、(3)動的なプロセス生成、(4)異なる2種類の通信路(Master/Slave,Client/Server)の動的形成方法サポート、(5)Java Appletとの通信。従来、ベンダー提供のライブラリでは提供されていなかったこれら外部へのプロセス生成と通信の機能等を実現し、これにより異機種の並列計算機を同時に用いた計算が可能となった。現在Stampiは計算科学技術推進センター所有の並列計算機群COMPACSの5台の並列機とグラフィックサーバ、ほかに8種の並列計算機に実装(計14機種)され、それら計算機間での任意の通信を可能としている。本稿では、Stampiの利用方法を中心に報告している。
