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論文

Overview of particle and heavy ion transport code system PHITS

佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 古田 琢哉; 野田 秀作; 小川 達彦; 岩瀬 広*; 中島 宏; et al.

Annals of Nuclear Energy, 82, p.110 - 115, 2015/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:22.72(Nuclear Science & Technology)

原子力機構が中心となり日欧の複数機関が協力して汎用モンテカルロ粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを開発している。PHITSは、幅広いエネルギー範囲のほぼすべての放射線の挙動を扱うことができ、そのすべてのコンポーネントは1つのパッケージにまとめられ、RIST, OECD/NEA Databank, RSICCを通じて全世界に配布されている。その結果、PHITSユーザー数は国内外で総計1,000名を超え、工学・理学・医学のさまざまな分野で利用されている。本論文では、PHITSの概要について紹介するとともに、イベントジェネレータモードやビーム輸送機能などPHITSに組み込まれた幾つかの重要な機能について解説する。

論文

Quality and performance of a pseudo-random number generator in massively parallel plasma particle simulations

松岡 清吉*; 佐竹 真介*; 井戸村 泰宏; 今村 俊幸*

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), 13 Pages, 2015/04

プラズマ輸送のモンテカルロ粒子コードを用いて並列擬似乱数発生ライブラリKMATH_RANDOMの特性と性能を評価した。本ライブラリはジャンプルーチンを伴うメルセンヌ・ツイスタに基いて実装されており、京コンピュータのような超並列スーパーコンピュータに適し、容易に利用可能である。本ライブラリは擬似乱数発生器の特性と性能を劣化させることなく粒子コードの並列化を数千プロセスまで向上する。その結果、大量の乱数を効率的に発生させることが可能となり、粒子コードで数値ノイズに起因する非物理的な現象を除去できるようになった。

報告書

核融合施設へのPHITSの適用と改良に向けた調査(委託研究)

助川 篤彦; 仁井田 浩二*

JAEA-Data/Code 2014-013, 61 Pages, 2014/08

JAEA-Data-Code-2014-013.pdf:34.06MB

核融合施設へのPHITSの適用と改良に向けて、計算精度の検証及び計算効率の技術的な課題の抽出を行った。単純体系、超伝導トカマク装置を模した複雑体系、及び、核融合用加速器を含む実験体系を用いた計算のベンチマークから、同じ評価済核データライブラリー、同じ幾何形状モデル、同じ線源を用いる限り、PHITSで計算される中性子、光子のフラックスは、MCNPの結果と統計誤差範囲で一致することがわかった。これに加えて、分散(統計誤差)を低減するための方法としてWeight Windowを用いた場合も、PHITSとMCNPで計算される中性子、光子のフラックスは統計誤差範囲で一致することがわかった。

論文

Particle and heavy ion transport code system, PHITS, version 2.52

佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 野田 秀作; 小川 達彦; 岩瀬 広*; 中島 宏; 深堀 智生; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 50(9), p.913 - 923, 2013/09

 被引用回数:393 パーセンタイル:0.02(Nuclear Science & Technology)

粒子・重イオン挙動解析コードPHITSを改良し、その最新版(バージョン2.52)をリリースした。最新版の主な特徴は、(1)新しい核反応モデルの組込と改良、(2)メモリ共有型並列計算機能の導入、(3).統計誤差計算方法の改良と再開始計算機能の導入、(4)残留放射能計算機能の組込、(5)核データ及び原子データライブラリの改訂、(6)ユーザーサポートツールの強化などである。これらの成果により、PHITSの計算精度・速度・機能などが格段に向上され、そのさらなる利用拡大が期待できる。本稿では、その最新版の特徴と幾つかの実験データに対するベンチマーク計算結果について記載する。

論文

最新版PHITSコードの特徴

佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 野田 秀作; 小川 達彦; 中島 宏; 深堀 智生; 奥村 啓介; et al.

RIST News, (54), p.14 - 24, 2013/01

粒子・重イオン挙動解析コードPHITSは、原子力分野のみならず工学・医学・理学の多様な分野で国内外800名以上のユーザーに幅広く利用されている。その最新版(バージョン2.52)が2012年12月に公開された。最新版の主な特徴は、(1)新しい核反応モデルの組込と改良、(2)メモリ共有型並列計算機能の導入、(3)統計誤差計算方法の改良と再開始計算機能の導入、(4)残留放射能計算機能の組込、(5)核データ及び原子データライブラリの改訂、(6)ユーザーサポートツールの強化 などである。これらの成果により、PHITSの計算精度・速度・機能などが格段に向上され、そのさらなる利用拡大が期待できる。本稿では、その最新版の特徴について解説する。

報告書

PHITS: Particle and Heavy Ion Transport code System, Version 2.23

仁井田 浩二*; 松田 規宏; 岩元 洋介; 岩瀬 広*; 佐藤 達彦; 中島 宏; 坂本 幸夫; Sihver, L.*

JAEA-Data/Code 2010-022, 189 Pages, 2010/10

JAEA-Data-Code-2010-022.pdf:1.89MB

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは日本原子力研究開発機構,高度情報科学技術研究機構,高エネルギー加速器研究機構の協力の下、NMTC/JAMのアップグレードバージョンとして開発された。PHITSは原子核反応モデル及び核データを用いて、広いエネルギー領域に渡り、すべての粒子・重イオンの輸送を取り扱うことができる。シミュレーションの幾何学的な形状は、GG(General Geometry)及びCG(Combinational Geometry)により作成される。「タリー」といった見積もり機能を使用することで、熱付与,飛跡,生成収率といったさまざまな量を導くことができる。コードは"Angel"を使用することで、セットアップ形状と同様に計算結果の2次元図を作成する機能を持つ。これらの機能によりPHITSは加速器遮蔽,放射線治療,宇宙開発といったさまざまな目的に使用されている。

論文

Radiation effects on MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$-yttria stabilized ZrO$$_{2}$$ composite material irradiated with Ne$$^{+}$$ ions at high temperatures

北條 智博*; 山本 博之; 相原 純; 古野 茂実*; 沢 和弘; 佐久間 隆*; 北條 喜一

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 250(1-2), p.123 - 127, 2006/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:76.31(Instruments & Instrumentation)

スピネル及び安定化ジルコニアは原子炉材料として優れた特性が期待されている。従来までのわれわれの研究によって、60keV, Xe$$^{+}$$照射によりスピネルの非晶質化が観測される一方、安定化ジルコニアについては非晶質化が認められないことを明らかにした。本研究ではスピネル-安定化ジルコニア複合材料における欠陥生成過程について透過型電子顕微鏡を用いたイオン照射中のその場観察を行った。30keV, Ne$$^{+}$$を923, 1473Kにおいて毎秒5$$times$$10$$^{13}$$ions/cm$$^{2}$$照射した結果、923Kでは欠陥クラスター及びバブルがジルコニア粒内に均一に生成することが観測された。一方1473Kではバブルの生成のみが観測され、照射量の増加に伴い特にスピネル粒内でバブル径が顕著に増大することを明らかにした。

論文

Loop formation by ion irradiation in yttria stabilized zirconia

北條 智博*; 山本 博之; 相原 純; 古野 茂実*; 沢 和弘; 佐久間 隆*; 北條 喜一

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 250(1-2), p.101 - 105, 2006/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.69(Instruments & Instrumentation)

イットリア安定化ジルコニア(YSZ)は原子炉材料として優れた特性が期待されている。このためYSZの耐照射性を評価することはその利用のうえで不可欠である。本研究ではYSZに30keV, Ne$$^{+}$$を723-1123Kで照射し、その際に生じる構造変化について透過型電子顕微鏡を用いその場観察を行った。この結果、1023Kでは欠陥クラスター及びバブルが均一に生成することが確認された。一方1123Kでは照射初期においてバブルの生成がみられたが、照射量の増加に伴い転位ループの形成が顕著となった。さらに確認されたバブルはその多くがループ面に沿って観測されること,転位ループはおもに(100), (111), (112)面に存在することなどを明らかにした。

口頭

Compositional changes of loops in YSZ by Ne$$^{+}$$ irradiation

北條 智博*; 安原 聡*; 山本 博之; 相原 純; 古野 茂実*; 沢 和弘; 佐久間 隆*; 北條 喜一

no journal, , 

イットリア安定化ジルコニア(YSZ)は酸素イオン伝導性や遮熱性等の特長を持ち、耐放射性材料として期待される物質の一つである。本研究では、高温(923K)でのNe$$^{+}$$照射(30keV, 3$$times$$10$$^{15}$$ions/cm$$^{2}$$)に伴うYSZの変化、特に照射により生じるループ周辺のナノ領域における組成変化に注目して検討を行った。透過型電子顕微鏡及びこれに付設したイオン照射装置,X線分光装置(EDS)を用いた照射・分析の結果、以下の点を明らかにした。YSZ母材の平均組成に比べ、(1)ループの中心に近づくに従いOは約10%減少する。(2)これに対しZrは約10%増加する。(3)注入したNeはループ中心で約20%高い強度で観測される。これらの結果から注入されたNeはループ中心でバブルとして存在する傾向にあることが示唆された。

口頭

Characterization of loops in YSZ by Ne$$^{+}$$ irradiation

北條 智博*; 安原 聡*; 山本 博之; 相原 純; 古野 茂実*; 沢 和弘; 佐久間 隆*; 北條 喜一

no journal, , 

イットリア安定化ジルコニアは耐照射性材料として各種原子力材用への応用が期待される。本研究ではNe$$^{+}$$照射によるYSZの微細構造変化について、ループ生成挙動及びループ近傍の組成変化について透過型分析電子顕微鏡を用いた解析を行った。30keV, Ne$$^{+}$$を923Kで3$$times$$10$$^{15}$$ions/cm$$^{2}$$照射した結果、ループは主として(110), (111), (112)面に生成することがわかった。このループ近傍の組成解析の結果から、Neの強度がループ中心部において他に比べて約20%高い強度で観測された。併せてこの部分における酸素濃度の減少なども観測されていることから、注入されたNeがループ中心部にバブルとして存在することが示唆された。

口頭

Recent upgrade of the PHITS code and its applications

佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 岩瀬 広*; 野田 秀作; 小川 達彦; 中島 宏; 深堀 智生; et al.

no journal, , 

原子力機構が中心となって開発している放射線挙動解析コードPHITSは、任意の体系内におけるさまざまな放射線の挙動を解析可能なため、工学・医学・理学など多様な分野で幅広く利用されている。その最新版には、(1)最新の核内カスケードモデル、(2)統計マルチフラグメンテーションモデル、(3)高エネルギー光核反応、(4)JENDL-4.0を用いて再評価した核データライブラリ、(5)メモリ共有型並列計算機能、(6)インストーラーなどのユーザー補助ツール など、多様な新機能が搭載されている。発表では、それらの新機能について詳しく解説するとともに、PHITSを中性子や重イオン線量評価に応用した例を幾つか紹介する。

口頭

粒子・重イオン輸送計算コードPHITS

佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 古田 琢哉; 岩瀬 広*; 野田 秀作; 小川 達彦; 中島 宏; et al.

no journal, , 

原子力機構が中心となり、RISTやKEKなど国内外複数の研究機関と協力して汎用モンテカルロ放射線挙動解析コードPHITSの開発を進めている。その最近の改良点として、2013年1月にリリースしたVersion2.52より、最新の核内カスケードモデルINCL4.6やINC-ELF、統計マルチフラグメンテーションモデルSMMなどが組み込まれ、高エネルギー核反応に対する再現精度が向上した。また、2013年11月にリリースしたVersion2.64より、$$gamma$$脱励起モデルEBITEMや140MeVまでの高エネルギー光核反応モデルが組み込まれ、核反応後に放出される即発$$gamma$$線スペクトルや、高エネルギー光核反応により放出される中性子スペクトルの計算が可能となった。これら最近の改良と普及活動の結果、PHITSのユーザー数は1年間で350名ほど増え、1,200名を超えるに至った。

口頭

放射線挙動解析コードPHITS; 開発の現状と今後の予定

佐藤 達彦; 松田 規宏; 橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 古田 琢哉; 野田 秀作; 小川 達彦; 中島 宏; 深堀 智生; 奥村 啓介; et al.

no journal, , 

モンテカルロ計算コードPHITSは、任意の体系内における多様な放射線の挙動を解析可能なため、工学・医学・理学の様々な分野で1200名以上の研究者に利用されている。PHITSはユーザー登録制の公開コードであり、RIST原子力コードセンター、OECD/NEAデータバンク、もしくは米国RSICCを介してそのパッケージを入手することができる。また、国内であれば年10回程度開催されるPHITS講習会に参加することによっても入手可能である。その最新版は、2013年11月にリリースされたversion2.64であり、$$gamma$$脱励起モデルEBITEMや140MeVまでの高エネルギー光核反応モデルが組み込まれ、核反応後に放出される即発$$gamma$$線スペクトルや、高エネルギー光核反応により放出される中性子スペクトルの計算が可能となった。本発表では、これら核反応モデルの改良や新しい計算機能の追加などPHITS開発の現状について報告するとともに、最新版リリースなど今後の予定について紹介する。

口頭

Full-f gyrokinetic simulations for neoclassical toroidal viscosity in a perturbed tokamak configuration

松岡 清吉*; 井戸村 泰宏; 佐竹 真介*

no journal, , 

トカマクプラズマにおける摂動磁場は、小さい摂動でもトロイダル方向の対称性を破って有限の新古典トロイダル粘性(NTV)を誘起するため、自発プラズマ回転とその速度シアを決定する上で重要な役割を果たす。本研究ではfull-fジャイロ運動論オイラーコードGT5Dを用いて、小さい共鳴摂動磁場を含むトカマクはいいにおけるNTV評価のシミュレーション研究を行う。GT5Dの粒子軌道のハミルトニアンにおいて軸対称磁場を軸対称磁場と摂動磁場の和で置き替えることによって摂動磁場を含めることにより、軸対称平衡磁場に対して構築された粒子運動のラグランジアンのシンプレクティック構造を変えずにGT5Dシミュレーションを行うことが可能となる。ドリフト運動論方程式をモンテカルロ法で計算する新古典輸送コードFORTEC-3Dと計算結果のベンチマークを行った。その結果、シングルヘリシティの摂動磁場で評価したNTVはGT5DとFORTEC-3Dで同様の共鳴面にピークする分布となることがわかった。

口頭

Effect of interaction between current outside plasma and the MHD equilibrium on the current decay time during the current quench phase in tokamak disruption discharges

渡邊 清政; 原 雄二郎*; 柴田 欣秀; 嶋田 祥宏*; 中村 裕司*; 諫山 明彦; 宮本 斉児*

no journal, , 

プラズマ電流分布の時間発展特性がディスラプション時に発生するVDEの成長率及びVDE発生時の電流減衰時間の決定機構に与える影響を明らかにすることを目的として、初期平衡や電流クエンチ時の抵抗値の大きさ、その分布を通した電流分布の時間発展特性の違いによるVDEの成長率及びVDE発生時の電流減衰時間の違いを調べた。VDEが発生する放電では、VDE時の平均電流密度がほぼ一定で、プラズマ電流の減衰率はVDEの成長率に強く依存するが、この性質は初期電流分布の違いや抵抗の大きさ、その分布の変化による電流分布の時間発展特性の違いに関わらず、維持されることが解った。また、初期電流分布がピークしているほど、VDE成長率は小さい。抵抗が下がる(温度が上がる)ほど、VDE成長率は小さい。抵抗値が空間分布を持つ(中心ホロー分布を持つ)と、VDE成長率は小さくなることも解った。

口頭

摂動磁場印加トカマクにおける新古典トロイダル粘性のfull-fジャイロ運動論シミュレーション

松岡 清吉*; 井戸村 泰宏; 佐竹 真介*

no journal, , 

軸対称トカマクにおいて非軸対称の摂動磁場が存在した場合、軸対称性が破れることで新古典粘性が誘起され運動量輸送やプラズマの回転分布などに影響を与える。本研究では、新古典トロイダル粘性をfull-fジャイロ運動論シミュレーションを用いて評価し、その評価法や結果の妥当性について検討している。発表では、トカマクに微小な共鳴摂動磁場が印加された場合の新古典トロイダル粘性のパラメータ依存性について、理論及び新古典輸送コードによる結果と比較することで議論する。

口頭

二酸化トリウムの機械学習分子動力学法シミュレーション

奥村 雅彦; 小林 恵太*; 中村 博樹; 板倉 充洋; 町田 昌彦

no journal, , 

物質の物性評価に用いられる分子動力学法は大きく、量子力学的計算と古典力学計算の2つに分けられる。前者は主に、原子核を古典粒子とみなし、電子を量子力学的に扱い、後者はイオンを古典粒子としてダイナミクスを評価する。前者は高精度だが高計算コストである一方で、後者は低計算コストであるが低精度であり、一般に、精度と計算コストは相反する関係にある。しかし、近年、量子力学計算をニューラルネット等で学習し、低計算コストで高精度な「機械学習分子動力学法」が提案されている。本講演では、機械学習分子動力学法を酸化トリウムのダイナミクスに適用した結果を発表する。

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