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システム計算科学センター
JAEA-Evaluation 2026-005, 123 Pages, 2026/08
JAEA-Evaluation-2026-005.pdf:2.02MB
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。その計算科学技術研究の実績については、計算科学技術研究・評価委員会(以下「委員会」という。)により評価された。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7年度における業務の実績、中長期計画の第4期中長期計画中間実績及びそれらに対する委員会による評価結果をとりまとめたものである。
Gil, J.; 板倉 充洋; 小林 恵太
Computational Materials Science, 273, p.114924_1 - 114924_10, 2026/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)液体金属中の不純物の熱力学的性質を正確に把握することは、腐食や物質移動の予測に重要であるが、第一原理計算には大きな計算コストがかかる。本研究では、高精度な電子状態計算法であるSCAN系の計算と機械学習分子動力学法を組み合わせ、液体ナトリウム中の酸素溶解エンタルピーを評価した。SCAN、rSCAN、r
SCANのデータで学習した原子間相互作用モデルにより、高精度かつ長時間の液体状態計算を実現した。計算値は酸素分子への経験的補正なしに実験推定値と一致し、従来のPBE法の主な誤差が液体ではなく気相酸素の計算に由来することが示された。本手法は、液体金属中の不純物熱力学を高精度かつ効率的に予測できる。
小林 恵太; 中村 博樹; 板倉 充洋
Materialia, 48, p.102823_1 - 102823_8, 2026/08
二酸化ウラン(UO
)は典型的な核燃料材料であるが、その熱物性を広い温度範囲にわたって予測することは依然として困難である。この困難の一因は、低温で現れる複雑な磁気秩序にある。UOではスピン軌道相互作用により、スピンと格子の自由度の間に強い結合が生じる。本研究では、UOの磁気状態を記述するために、スピン自由度とスピン・軌道相互作用を明示的に組み込んだスピンニューラルネットワークポテンシャルを開発した。スピンダイナミクスを取り入れた機械学習分子動力学シミュレーションにより、反強磁性・常磁性転移を再現することに成功した。得られた転移温度は実験で観測される値と同程度のオーダーであり、機械学習ポテンシャルがアクチノイド酸化物における大規模なスピン格子シミュレーションを可能にし、複雑な磁性材料の予測モデリングに向けた実用的な手法を提供できることを示している。
町田 昌彦
日本原子力学会誌ATOMO
, 68(8), p.503 - 504, 2026/08
福島第一原子力発電所事故から15年が経過し、その評価や復興の捉え方は立場により大きく異なる。本稿では、共通基盤技術である計算科学技術を専門とする一研究者として、事故直後から現在に至るまでの15年間を四つのフェーズに分け、自身が直接関与する中で感じたことを率直に振り返った。事故直後に抱いた無力感、専門性を活かした環境回復への自発的な取り組み、組織的研究への移行、そして現在進行中の廃炉作業における被ばく低減という課題への挑戦を通じて、計算科学技術が果たし得る役割とその限界を見つめ直した。特に、限られた実測データを活用した線源・線量率分布推定技術の開発など、次世代の安全確保に向けた取り組みを紹介する。福島原発事故という大きな事象に直面した際、専門家がどのように向き合い、行動し、教訓を得たのかを共有することで、今後の類似事象への備えに資することを目指す。
, Cu, and Zn) in the C-type asteroid Ryugu竹本 亜優*; 大野 智洋*; 河合 敬宏*; 山口 瑛子; 榎戸 祐馬*; 矢田 達*; 高橋 嘉夫*
Chemistry Letters, 55(7), p.upag122_1 - upag122_5, 2026/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Multidisciplinary)C型小惑星リュウグウは、水を含む太陽系初期の始原的物質であり、生命起源の場として考えられている。本研究では、X線吸収端近傍微細構造(XANES)法を複数の遷移金属元素に適用し、それらが主に硫化鉄鉱物中に分配されていることを示した。さらに、鉱物への親和性の違いから、リュウグウ上での水質変質過程における遷移金属イオンの分配が、Irving-Williams系列に従う錯形成反応によって支配されていたことが示唆された。
システム計算科学センター
JAEA-Evaluation 2026-003, 41 Pages, 2026/06
JAEA-Evaluation-2026-003.pdf:1.08MB
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。その計算科学技術研究の実績については、計算科学技術研究・評価委員会(以下「委員会」という。)により評価された。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6年度における業務の実績及びそれらに対する委員会による評価結果をとりまとめたものである。
山口 瑛子; 山田 真也*; 橋本 直*; 奥村 拓馬*; 武市 泰男*; 奥村 雅彦; 高橋 嘉夫*
Journal of Synchrotron Radiation, 33(3), p.683 - 692, 2026/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)遷移端センサー(TES)は広いエネルギー範囲で高分解能のX線蛍光(XRF)測定を可能にし、1回のスキャンで高分解能蛍光検出型X線吸収端近傍構造解析(HERFD-XANES)、共鳴X線放出分光法(RXES)、および共鳴非弾性X線散乱(RIXS)を同時取得できる。本研究では、TESを用いて複数のセシウム化合物を分析し、これらの手法が元素の化学状態を多角的に評価できることを示した。特に、HERFD-XANESとRXESによる高度な化学種分析、RIXSに適した吸収端の迅速な探索、将来的な微小領域分析への応用可能性が示された。
河村 拓馬; 下村 和也; 井戸村 泰宏
Journal of Advanced Simulation in Science and Engineering (Internet), 13(1), p.29 - 43, 2026/04
本論文では、計算流体力学におけるシミュレーションを対象として、VR IS-PBVRと呼ぶ仮想現実(VR)ベースのIn-situ制御フレームワークを提案する。本フレームワークにより、ユーザはスーパーコンピュータ上でシミュレーションが実行されている間に、その結果を没入型のVR環境で観察し、可視化結果に基づいてシミュレーション条件を対話的に調整することが可能となる。VR IS-PBVRでは、圧縮された可視化用粒子とファイルベースの通信を駆使することでシミュレーションの実行を妨げることなくIn-situ制御が可能である。更にVR IS-PBVRのベースとなっている可視化ライブラリKVSをOpenXRで拡張することで、汎用的なヘッドマウントディスプレイで動作する実装を実現した。本フレームワークの有効性は、OpenFOAMを用いた都市風況シミュレーションを通じて示されている。この例により、没入型VR可視化と対話的なステアリングを組み合わせることで、シミュレーション実行中の挙動をより直感的に理解・解析できることを示している。
海老原 健一; 山口 正剛; 板倉 充洋
Metallurgical and Materials Transactions A, 57(4), p.1480 - 1489, 2026/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)水素脆化は鉄鋼にとって重要な問題である。以前の数値モデルを改良することで、水素助長ひずみ誘起空孔を含む鉄試料からの水素の熱脱離スペクトルの実験結果を再現することに成功した。改良モデルでは、捕捉されたH原子の数で区別される空孔および空孔クラスターの濃度変数を採用した。この改良により、以前のモデルで必要だった空孔および空孔クラスターの移動に関する仮定が削除された。改良モデルを用いたシミュレーション結果から、元のモデルで計算されたスペクトル中の空孔および空孔クラスターに起因するピーク上のスパイク状の脱離は、仮定によって引き起こされたアーティファクトであることが明らかになった。さらに、水素チャージを伴う変形後の試料には、空孔だけでなく空孔クラスターも存在する可能性があることが示唆された。改良されたモデルは、水素影響下にある空孔および空孔クラスターを研究するための有用な枠組みであると考えられる。
坪根 未空*; 下間 靖彦*; 河野 義生*; 柿澤 翔*; 山田 大貴*; 小林 恵太; 清水 雅弘*; 三浦 清貴*
NPG Asia Materials, 18, p.15_1 - 15_16, 2026/04
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)シリカガラスは、温度や圧力の変化に応じて多様な構造を取りながら高密度化を示し、これらの要因は屈折率などの光学特性に大きな影響を与える。しかし、高圧処理やフェムト秒レーザー照射によって誘起される光学特性の変化に関する基本的な構造メカニズムは、いまだ十分には解明されていない。本研究では、これら二つの手法によって高密度化されたシリカガラスの光学応答における類似点と相違点を調査した。最も顕著な違いは、レーザー照射領域が、辺共有型SiO
四面体に関連する非架橋酸素欠陥を取り込むことで、高い仮想温度を有するガラス構造へと進化し、高圧処理とは明確に異なるフォトルミネセンス挙動を示した点である。
高久 雄飛; 坂爪 駿; 木村 英雄
JAEA-Technology 2025-017, 33 Pages, 2026/03
JAEA-Technology-2025-017.pdf:2.73MB
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(原子力機構)では、業務効率化や研究開発におけるアイデア創出といった観点から、生成AIの活用に対する期待とニーズが高まっていた。しかしながら、ChatGPTをはじめとするクラウド型の外部生成AIサービスは、入力データを学習に利用するという特性を有するため、セキュリティ上の観点から取り扱うことのできない情報が少なからず存在した。また、利用開始までの申請や手続きが煩雑であり、原子力機構内において生成AIが十分に普及・活用されているとは言い難い状況であった。このような背景を踏まえ、我々は原子力機構が保有するスーパーコンピュータ(スパコン)などの既存の計算資源とオープンソースソフトウェアを活用し、導入コストを抑えつつ、安全かつ容易に利用できる生成AI基盤を構築し、原子力機構内へ展開した。その結果、日常業務の効率化に一定の効果が見られたほか、生成AIへの関心が原子力機構全体で高まり、生成AIの活用へ向けた取り組みが拡大するようになった。
西岡 海人*; 出倉 駿*; 藤野 智子*; 水野 元博*; 熊井 玲児*; Thomsen, B.; 志賀 基之; 堀 優太*; 重田 育照*; 森 初果*
Angewandte Chemie; International Edition, 65(11), p.e20785_1 - e20785_8, 2026/03
被引用回数：2 パーセンタイル：85.80(Chemistry, Multidisciplinary)分子性有機固体中のプロトンダイナミクスは、エネルギー関連技術にとって極めて重要である。水素燃料電池の固体電解質として利用可能な伝導体を開発し、プロトン輸送機構の解明とより高い伝導のための設計指針を確立した。本研究では、分子運動ではなく、プロトン互変異性に着目し、プロトン伝導の新たな指針として提示する。
中田 亮一*; 奥田 花也*; 菅 大暉*; 山口 瑛子; 高橋 嘉夫*; 川添 貴章*
Geochemical Journal, 60(2), p.18 - 26, 2026/03
被引用回数：2 パーセンタイル：78.02(Geochemistry & Geophysics)鉄はFe(2+)とFe(3+)の間で酸化状態が変化し、地球内部から表層環境に至るまで多様な地球科学的プロセスを支配する。鉄の価数評価には、部分蛍光収量型X線吸収端近傍構造解析(PFY-XANES)が広く用いられているが、高濃度試料では厚みや自己吸収の影響を受けやすい。本研究では、逆蛍光収量法(IPFY)を地質試料に適用し、PFYよりも高精度な鉄の価数評価が可能であることを示した。IPFY-XANESは、従来法に比べてFe(3+)量の過大評価を抑え、厚みの影響も軽減される。隕石や高圧回収試料など、破壊できない自然試料に対して有効な非破壊分析法として期待される。
Kim, M.; 吉村 和也; 佐久間 一幸; Malins, A.*; 阿部 智久; 中間 茂雄; 町田 昌彦; 斎藤 公明
Journal of Environmental Radioactivity, 294, p.107931_1 - 107931_8, 2026/03
被引用回数：2 パーセンタイル：74.74(Environmental Sciences)福島第一原子力発電所近傍の居住地域で、除染以外の人間活動(交通など)が空間線量率に与える影響を、現地調査とシミュレーションにより定量評価した。現地調査では、
Cs沈着量と交通量を収集したところ、交通量が多い地域ほどCs沈着量の減少が顕著であることが確認され、車両の移動などがセシウムのウェザリングを促進する可能性が示唆された。3D-ADRESによるモンテカルロシミュレーションでも、人間活動が舗装面の空間線量率低下を加速し、最大約50%の減少が見られた。これにより、除染以外の人為的活動が空間線量率低下に大きく寄与することが明らかになった。
山田 進; 町田 昌彦
日本応用数理学会論文誌, 36(1), p.14 - 32, 2026/03
原子炉等の廃止措置における作業者の安全確保には、放射線源の分布を知ることが重要である。そのため、LASSO回帰を用いた放射線源推定法が提案されているが、高精度に計算するためには適切な位置で観測した空間線量値が必要である。Bayes統計に基づく観測点の追加法が提案されているが、問題の規模によって効果が限定的である。そこで、推定線源量を考慮した追加方法を提案し、その有効性を確認した。
町田 昌彦; 山田 進; 吉田 亨*; 長谷川 幸弘*; 柳 秀明*; 古立 直也*
Proceedings of Waste Management Symposia 2026 (WM2026) (Internet), 15 Pages, 2026/03
The decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F) has been a long-standing wish of the residents and municipalities of Fukushima Prefecture, as well as a national crucial issue for the people of Japan. However, there have been numerous technical challenges associated with the actual decommissioning process. Then, resolving their problems and ensuring steady progress have been widely expected. Concurrently, the decommissioning of a nuclear power plant that experienced a severe accident has drawn global attention from nuclear professionals, scientists, and engineers, and international collaboration and knowledge integration have been strongly recommended. To respond such situations, Japan Atomic Energy Agency (JAEA), in collaboration with Tokyo Electric Power Company and other relevant organizations responsible for the decommissioning projects, has been conducting research and development with aiming at solving key technical issues associated with the decommissioning of 1F. This paper introduces a part of the research and development activities led by JAEA. The main topic of the present paper includes results from a government-commissioned R&D program. Now, one of the most critical challenges in the 1F decommissioning program is regarded as the safe retrieval of fuel debris that melted and relocated during the accident, and the subsequent treatment and disposal of this material as radioactive waste. To achieve this goal, improving the radiation environment in the working areas is now an essential R&D priority to ensure that retrieval operations can be carried out safely and efficiently.
山田 進; 町田 昌彦
Proceedings of Waste Management Symposia 2026 (WM2026) (Internet), 14 Pages, 2026/03
It is essential to detect the distribution of the radiation source for safely proceeding with the decommissioning of reactor buildings. It has been reported that the source distribution can be estimated using a model constructed with uniform cells based on measured air dose rates by minimizing an evaluation function with LASSO (Least Absolute Shrinkage and Selection Operator) regression. Moreover, when the cells are non-uniform, the distribution can be estimated using fused LASSO, which minimizes the evaluation function that incorporates the connectivity between adjacent cells. However, since LASSO regression tends to shrink parameters with less influence toward zero, the estimated source distribution may become discrete, even when the actual distribution extends across multiple cells. This issue may persist even using fused LASSO. Therefore, to address the issue, we focus on generalized Tikhonov regularization. This is a method to find the vector minimizing a function composed of the residual sum of squares plus an L2-regularization term. When we apply this regularization for estimating the source distribution based on measured air dose rates, we can control the connectivity between adjacent cells by varying the regularization term. In this paper, we evaluate the effectiveness of generalized Tikhonov regularization in estimating source distributions for models with widespread sources, and we demonstrate that this method can accurately estimate such distributions. As a result, we confirm that the source distribution can be estimated with high accuracy using generalized Tikhonov regularization with a second-order differential operator, which promotes a constant rate of change in concentration across multiple cells.
河津 諒平
JAEA-Technology 2025-014, 48 Pages, 2026/02
JAEA-Technology-2025-014.pdf:2.19MB
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(以下、「原子力機構」という。)では、日本における原子力の総合研究開発機関として原子力に係わる様々な分野の研究開発を行っており、これらの研究開発の多くにおいて計算科学技術が活用されている。原子力機構のスーパーコンピュータシステムHPE SGI8600(以下、「大型計算機システム」という。)はデジタルツイン、機械学習、ビックデータ処理等の技術進展を背景に高まっている計算需要に応える重要インフラとして令和2年12月に導入したものであり、原子力機構の研究開発の推進において欠くことのできないものとなっている。大型計算機システムにおけるプログラムの実行タスク(以下、「ジョブ運用」という。)を効率化することは、計算資源の効率的な利用、すなわち、研究開発の効率化において有用である。ジョブ運用の効率化に向け、プログラム実行の待機時間(以下、「ジョブ待機時間」という。)を調査することにより、運用開始段階では分かれていたジョブの実行リストを管理するクラス(以下、「キュークラス」という。)の統合を行えばジョブ待機時間が改善され、運用が効率化されると推定された。そのことから、キュークラスの統合を令和4年度より施行することとした。本報告書では、ジョブ運用の効率化のために行った大型計算機システムの利用情報の分析からキュークラス統合までの流れ、キュークラス統合前後のジョブ待機時間の変化について報告する。
杉原 健太; 小野寺 直幸*; 井戸村 泰宏; Sitompul, Y.; 山下 晋
Journal of Computational Physics, 547, p.114534_1 - 114534_25, 2026/02
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Computer Science, Interdisciplinary Applications)We propose a new gas-liquid two-phase fluid calculation method that improves computational efficiency compared with the conventional incompressible method (Incompressible). The methods are called the semi-implicit compressible method (SI-C) and the semi-implicit weakly compressible method (SI-WC). SI-C improves the convergence of the iterative solver by computing the pressure Poisson-type equation derived from the compressible fluid equation. In SI-WC, the number of iterations can be further reduced by computing a weakly compressible Poisson-type equation that uses an artificial sound speed controlled by the Mach number. The validity of the proposed method was verified by dam breaking problems and bubbly flow analysis, and comparative verification showed that compared to Incompressible, SI-C and SI-WC accelerate the pressure Poisson-type equation solver by a factor of two and four, respectively, while achieving almost the same solutions.
システム計算科学センター 高性能計算技術利用推進室
JAEA-Review 2025-044, 140 Pages, 2026/01
JAEA-Review-2025-044.pdf:8.77MB
日本原子力研究開発機構では、原子力の総合的研究開発機関として原子力に係わるさまざまな分野の研究開発を行っており、これらの研究開発の多くにおいて計算科学技術が活用されている。日本原子力研究開発機構における計算科学技術を活用した研究開発の論文発表は、過去十数年にわたり、毎年度、全体の約2割を占めている。大型計算機システムはこの計算科学技術を支える重要なインフラとなっている。大型計算機システムは、第4期中長期計画にて重点化して取り組むとされた「安全性向上等の革新的技術開発によるカーボンニュートラルへの貢献」、「原子力科学技術に係る多様な研究開発の推進によるイノベーションの創出」、「東京電力福島第一原子力発電所事故の対処に係わる研究開発の推進」、「高レベル放射性廃棄物の処理処分に関する技術開発の着実な実施」、「原子力安全規制行政及び原子力防災に対する支援とそのための安全研究の推進」等の研究開発活動に利用された。本報告は、令和6年度における大型計算機システムを利用した研究開発の成果を中心に、それを支える利用支援、利用実績、システムの概要等をまとめたものである。
