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論文

Simulation study of the effects of buildings, trees and paved surfaces on ambient dose equivalent rates outdoors at three suburban sites near Fukushima Dai-ichi

Kim, M.; Malins, A.; 吉村 和也; 佐久間 一幸; 操上 広志; 北村 哲浩; 町田 昌彦; 長谷川 幸弘*; 柳 秀明*

Journal of Environmental Radioactivity, 210, p.105803_1 - 105803_10, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Environmental Sciences)

放射能被害地域において空間線量率のシミュレーション精度を向上させるには、環境内の放射性核種の異なる分布、例えば、農地, 都市, 森林の放射能レベル差を考慮して現実的にモデル化する必要がある。さらには建物, 樹木, 地形による$$gamma$$線の遮蔽効果をモデルに考慮すべきである。以下に、福島県の市街地及び農地の3次元モデルの作成システムの概要を述べる。線源設定は$$^{134}$$Cs及び$$^{137}$$Csの放射能分布をモデルのさまざまな環境要素に異なる分布設定が可能である。構造物については、現地の建物モデルにおいては日本の典型的な9種類の建物モデルを用いて作成される。また、樹木については広葉樹と針葉樹モデル、地形モデルは、地形を考慮した地表面モデルを取り込んだ。計算対象のモデルの作成時は、数値標高モデル(DEM),数値表面モデル(DSM)及びユーザー編集の際にサポートする対象領域のオルソ画像で作られる。計算対象のモデルが作成されたら、放射線輸送解析計算コードであるPHITSに適したフォーマットでシステムから出力される。上記のシステムを用いて、福島第一原子力発電所から4km離れた地域でかつ、まだ除染作業が行われてない郊外を計算対象としてモデルを作成した。モデル作成後、PHITSによる空間線量率の計算結果は走行サーベイの実測値との相関があった。

論文

環境中空間線量率3次元分布計算システム(3D-ADRES)の研究開発; PHITSとリモートセンシングの融合による環境放射線量の推定

Kim, M.; Malins, A.; 佐久間 一幸; 北村 哲浩; 町田 昌彦; 長谷川 幸弘*; 柳 秀明*

Isotope News, (765), p.30 - 33, 2019/10

福島県内の市街地や森林等の複雑な実環境空間に対して、詳細な空間線量率の3次元分布を計算可能とする3D-ADRESを開発した。本システムでは、地形・建物・樹木等の環境中の複雑な構造物をリモートセンシング情報(地理情報)に基づきモデル化し、モデル上の様々な環境面に異なるCs線源分布が付与可能である。本稿では3D-ADRESを福島第一原子力発電所付近の帰還困難区域の住宅地に適用し、空間線量率分布の計算が有効に機能すること(空間線量率の計算値と測定値の比較から凡そ良い一致)を検証した。

論文

福島県内を想定した複雑な実環境中での空間線量率分布解析システム(3D-ADRES)の研究開発; リモートセンシング情報の活用と各環境因子(地形・土壌・建物・樹木等)の影響評価

Kim, M.; Malins, A.; 佐久間 一幸; 北村 哲浩; 町田 昌彦; 長谷川 幸弘*; 柳 秀明*

RIST News, (64), p.3 - 16, 2018/09

環境中に放出された放射線源による空間線量率の正確な分布は、住民の被ばく量を評価し、それを可能な限り低減するための必須な情報となる。しかし、市街地・森林等は複雑な構造物や樹木が存立する他、地形も平坦ではなく放射線の散乱や遮蔽が頻繁に起こるため、空間線量率の分布は非一様となる。加えて放射線源の不均質な分布は更にそれを複雑なものとするため、正確な空間線量率の分布を知ることは容易ではない。そこで、日本原子力研究開発機構・システム計算科学センターは、福島環境安全センターと連携し、福島県内の市街地や森林等の複雑な環境中の地形・樹木・建物等の3次元のリアルな構造物モデルを構築し、更に不均質な放射性セシウムの線源分布を取り込むことを可能とすることで、空間線量率の3次元分布が計算可能なシステム(3D - Air Dose Rate Evaluation System:略称3D-ADRES)を開発した。3D-ADRESでは、人工衛星画像等のリモートセンシング情報や種々の地理情報等を最大限に活用し、構造物を認識(一部自動化済み)した後、その構造をリアルにモデル化し、モンテカルロ計算コードPHITS用フォーマットに変換することで、シミュレーションによる詳細な空間線量率分布を取得可能とする。本稿では、そのシステムの概要について記し、実際の計算例を示す他、今後の課題についても記す。

論文

Condition number estimation of preconditioned matrices

櫛田 慶幸

PLOS ONE (Internet), 10(3), p.e0122331_1 - e0122331_16, 2015/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:55.11(Multidisciplinary Sciences)

本論文では前処理済み行列の条件数を推定する新しい手法を開発した。これにより、現在主流の線形連立一次方程式解法であるクリロフ部分空間法の収束性を向上させ、シミュレーションの時間を短縮することが可能となる。従来、前処理済み行列の条件数を推定するためには、(1)密行列になることを受け入れ実際に前処理行列を作用させるか、(2)ランチョスコネクションと呼ばれるランチョス法に基づき固有値を推定する方法が用いられてきた。しかしながら、(1)はメモリ使用量が膨大になるため実際のシミュレーションで使われる規模の行列では事実上不可能であり、(2)は本論文で示すように計算誤差のため実用には程遠い。このため、本論文ではある行列の逆行列の行列ノルムを推定するHagerの方法に基づき、前処理済み行列の条件数を推定するアルゴリズムを開発した。Matrix Marketから得らるサンプル行列や、ポワソン方程式をFEMで離散化した行列を用いて精度検証を行ったところ、ランチョスコネクションが意味のない推定値をだす条件であっても、新手法は安定していることが示された。また、計算量およびメモリ使用量の解析を行い、計算量は実際のシミュレーションに必要な量の4倍が必要となるが、メモリ使用量についてはほぼ同量しか必要とならないことが示された。これにより、開発した新手法が従来手法(1),(2)の問題点を克服したと言える。

論文

Interference pattern formation between bound solitons and radiation in momentum space; Possible detection of radiation from bound solitons with Bose-Einstein condensate of neutral atoms

藤嶋 浩史*; 奥村 雅彦; 峰 真如*; 矢嶋 徹*

Journal of the Physical Society of Japan, 81(10), p.104003_1 - 104003_7, 2012/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.67(Physics, Multidisciplinary)

原子物理学分野の最新の進展として、原子ガス集団をレーザー冷却することでボース・アインシュタイン凝縮を起こすことが見いだされており、その凝縮状態を制御することで原子レーザーへの応用等が提案され、多くの研究者の注目を受けている。本論文発表では、上記凝縮体に着目し、得られた研究成果を発表する。具体的な成果は以下の通りである。1次元凝縮系では、ソリトンが安定な存在形態であることが知られているが、そこからずれた初期状態を時間発展させた場合には、「輻射」と呼ばれる微小成分を放出して、最終的にソリトンになることが示唆されている。しかし、これまでこの輻射現象は実験で確認されていない。その理由の一つは、放出される輻射の振幅が小さすぎて観測が大変困難だからである。われわれは、ソリトンと輻射が波動であることに注目し、実空間での輻射自体の観測が難しい場合でも、輻射とソリトンの束縛状態との運動量空間での干渉が観測可能であることを示した。特に、中性原子気体のボース・アインシュタイン凝縮では、運動量分布が主な観測量となるため、運動量空間での干渉はこの系において容易に観測されることが期待される。また、本系において、この干渉を観測するための実験パラメータについても示した。

論文

Visualization of blurry images of liquid by multi-scale analysis

宮村 浩子; 呉田 昌俊; 瀬川 麻里子; 久保 純*; 斎藤 隆文*; 鈴木 喜雄; 武宮 博

Visualization of Mechanical Processes (Internet), 1(3), 8 Pages, 2011/10

ハイフレームレート中性子ラジオグラフィーが開発され、これを用いることで高速に動作する自動車のエンジン内のオイルを記録することが可能になった。しかし、記録された画像に写るオイルは不明瞭であるため、オイルの振舞いまで精緻に捕らえることは難しい。そこでわれわれは、マルチスケール画像処理技術を用いて、この問題を解決することを試みた。本技術は、画像を明瞭にし、さらにオイルのスケールに応じて分類できる特徴を持つ。そのため特定のスケールに注目して観察できる。さらに、時空間画像を用いて、時間変動するオイルの振舞いを観察することも提案する。これらの技術によって、注目すべき時空間領域を注意深く観察できる。

論文

Effects of turbulence near a free surface on the dynamics of two-phase flow

鵜沢 憲; 渡辺 正

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/05

使用済み燃料プールが想定を超える巨大地震動を受けた場合、スロッシングと呼ばれる液面揺動が発生し、プールからの放射性を帯びた水の溢流や、構造物の損傷を引き起こす可能性がある。これらの問題を未然に防止するためには、スロッシングにより発生する波の高さや、流体圧力に対する乱流効果を定量的に評価する必要があるが、その定量的評価はまだ十分には行われていない。そこでわれわれは、スロッシングの素過程としてダム崩壊問題を選定し、レイノルズ平均乱流モデルの一種であるLaunder-Gibson (LG)モデルを用いた数値実験を実施している。これまでに、LGモデルを用いることで、乱流効果を考慮しない場合と比較して、より実験圧力値に近づけることを明らかにしたが、本研究では、より第一原理に近いモデルであるLarge Eddy Simulation(LES)によって同等の結果が得られることを確認した。また、本モデルを矩形プールのスロッシングに適用し、溢水に対して先行研究よりも一桁精度が良い結果を得ることができた。

口頭

原子力施設のための3次元仮想振動台の研究開発,4; 気液二相界面近傍における乱流モデルの検証

鵜沢 憲

no journal, , 

使用済み燃料プールが想定を超える巨大地震動を受けた場合、スロッシングと呼ばれる液面揺動が発生し、プールからの放射性を帯びた水の溢流や、構造物の損傷を引き起こす可能性がある。これらの問題を未然に防止するためには、スロッシングにより発生する波の高さや、流体圧力に対する乱流効果を定量的に評価する必要があるが、その定量的評価はまだ十分には行われていない。そこで本研究では、スロッシングの素過程としてダム崩壊問題を選定し、レイノルズ平均乱流モデルの一種であるLaunder-Gibson(LG)モデルを用いた数値実験を実施した。その結果、LGモデルを用いることで、乱流効果を考慮しない場合と比較して、より実験圧力値に近づけることが可能になった。また、気液二相界面近傍での乱流粘性散逸が、流体バルクにおけるそれと同程度に流体圧力に影響があることを明らかにした。

口頭

光格子中における引力相互作用する冷却フェルミ原子の一粒子励起スペクトルの解析,2

山本 篤史; 山田 進; 町田 昌彦

no journal, , 

近年、冷却原子を用いた研究が注目を集めている。この系はレーザーによって格子の形状や原子間の相互作用などさまざまな機能を人工的に調節することが可能であり、非常に制御性が高い。そのため、固体物理における超伝導等の量子相転移のメカニズムを明らかにするシミュレーターとして期待されている。ごく最近では、冷却フェルミ原子を用いて一粒子励起スペクトルを観測することに成功した研究が報告されている。そこで本発表では、実験に先駆けて光格子中における冷却フェルミ原子の一粒子励起スペクトルについて動的密度行列繰り込み群法を用いて解析を行う。そこで、得られたスペクトルについてトラップの強度や斥力相互作用の依存性について議論を行う。なお、本成果は科学技術振興機構・受託研究「超伝導新奇応用のためのマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーション基盤の構築」の研究成果である一方、原子力材料のマルチスケールシミュレーション研究開発にも資する成果である。

口頭

Exploration of strongly-correlated quantum phases in ultracold fermi atoms loaded on optical lattices with staggered U alternation

山本 篤史; 山田 進; 町田 昌彦

no journal, , 

原子物理学の最前線では、トラップ中の冷却原子気体の一粒子励起スペクトルの観測や光格子中におけるモット絶縁体の観測に成功するなど、冷却原子の人工的制御の進展が著しい。最近では、レーザーを制御することによって相互作用を空間上、周期的に変調することが可能となっている。そこで、その周期的な相互作用の変調に着目し、2サイトごとに相互作用が変調する系について解析を行った。本発表では、まず相互作用の変調によって得られる粒子数分布から見た相図を報告する。また、各相における粒子の揺らぎや束縛エネルギーなど、異なる相を特徴づける物理量を計算することによって相図を明らかにする。これらの結果を踏まえたうえで、動的量である一粒子励起スペクトルを計算し、相互作用の変調がもたらす新しい相について議論する。なお、得られた成果は、固体の性質を理解するための新たなモデルケースとなるため、広く原子力材料の計算科学研究に資する成果でもある。

口頭

Improvement of fluid analysis capability and application to two phase flow

鵜沢 憲

no journal, , 

システム計算科学センターでは、原子力施設の耐震安全性を担保するため、計算機内に振動実験台を構築し、地震時における原子力施設の挙動をシミュレーションする技術である3次元仮想振動台の研究開発に取り組んでいる。平成23年度より、3次元仮想振動台実現のための要素技術の1つとして、流体解析技術の研究開発を開始した。特に、原子力施設の運転に影響を与える可能性のある地震時のスロッシングに関する影響を確認するため、スロッシングの分析に適した気液二相乱流シミュレーションコードを開発している。本研究では、大規模並列計算環境を整備し、1024コアを使用した大規模計算において、一台の計算機で計算した場合と比較して950.2倍にのぼる高並列実行性能を得ることができた。この結果、乱流の効果を考慮した大規模なスロッシングシミュレーションを可能にしうる技術的見通しを得た。

口頭

Development of radioactive databases and contamination map system

関 暁之; 武宮 博; 高橋 史明; 斎藤 公明; 田中 圭*; 高橋 悠*; 竹村 和広*; 津澤 正晴*

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故に伴い放出された放射性物質の測定データに関するデータベース及び分布マップシステムについて述べる。事故の影響を評価し、適切な対応策をとるため、汚染状況についての正確な情報を取得する必要がある。データベース及び分布マップシステムは、放射性物質の分布に関する現在の状況を正確に把握し、さらに今後の除染に役立つデータを提供することを目的に構築された。データベースは詳細な解析のための定量的なデータを提供し、分布マップは定性的かつ直観的な情報を提供するために開発された。両システムは、原子力発電所からおおむね100km圏内の約2,200箇所における放射性物質の土壌沈着量や、当該箇所における空間線量率に関するデータを含んでいる。また、道路周辺における放射性物質の分布状況を詳細に把握するため、同区域の国道や県道を中心に行った2回の走行サーベイの結果も含む。これらは、2011年6月に実施された第一次測定事業、及び2011年12月に実施された第二次測定事業において計測されたデータである。両システムは、日本原子力研究開発機構サイトから近日公開される予定である。

口頭

Construction of the database and map systems on the distribution of radioactive material

関 暁之; 武宮 博; 高橋 史明; 斎藤 公明; 田中 圭*; 高橋 悠*; 竹村 和広*; 津澤 正晴*

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所事故の評価や対策のための基礎データを提供するデータベースとマップシステムについて紹介する。福島第一原子力発電所が2011年3月に地震・津波による被害を受け、放射性物質が周辺に拡散された。その放射性物質の分布状況について把握したいという多くの要求が、今も政府,地方自治体,地域住民や研究者からある。それら要求に応えるべく、2つの情報提供システムを開発した。1つはデータベースで、詳細な解析に役立つ数値データ等を提供する。もう1つはマップシステムで、地図上に可視化することで定性的な情報を提供する。

口頭

大型プラント等の次世代耐震解析技術に関する研究

Guo, Z.; 西田 明美; 中島 憲宏

no journal, , 

東北地方太平洋沖地震以降、原子力施設等を含む大型プラント等の耐震評価の重要性はますます高まっている。従来、プラント等の構造物のモデル化において、部材と部材をつなぐ接合部は境界条件として扱われ、簡易な仮定のもとにモデル化されることが多い。しかしながら、実際の接合部は複雑であり、その部材に設計想定外の応力が発生する場合もありうる。構造物の局所的な応力分布等を詳細に把握することは、設計想定事象の妥当性を確認する上で極めて重要であり、もし想定外の事象の発生が確認された場合には、設計想定事象を見直す必要が生じる。そこで、本研究では、接合部のモデル化手法の違いによる応答結果の違いに着目し、結果の比較を通して各モデル化手法の課題の抽出および課題解決策の提案を目的とする。本発表では、実プラント構造に異なるモデル化手法を適用し、力学的挙動の違いを解析する。

口頭

PHITSによる空間線量率評価のための現実的なモデル作成ツールの開発

Kim, M.; Malins, A.; 吉村 和也; 佐久間 一幸; 操上 広志; 北村 哲浩; 町田 昌彦

no journal, , 

空間線量率のシミュレーションには、異なる土地タイプ、建物表面や森林において異なる放射性セシウムの分布を考慮する必要がある。さらに建物, 地形, 樹木, 土壌の複雑な遮蔽効果を空間線量率に反映する必要がある。本研究では、放射線輸送解析プログラムのPHITSによる空間線量率評価のシミュレーションを行うために、対象エリアにおける土地表面, 土地タイプ, 建物および樹木の3次元モデル作成が可能なツールを開発した。このツールは、対象エリアのオルソ画像, 数値表層モデル(DSM), 数値標高モデル(DEM)を用いて、PHITSのジオメトリ入力ファイルが作成できる。また、建物については、日本の典型的な9種類の建物モデルを用いて、樹木については広葉樹と針葉樹モデルを用いて作成されるため対象エリアに合わせて現実的なモデルの作成が可能である。線源設定は、$$^{134}$$Cs及び$$^{137}$$Csの放射能分布をモデルの様々な環境要素に対し任意に分布設定が可能である。今回は、東京電力福島第一原子力発電所から約5km離れた大熊町の200m$$times$$200m大きさのエリアを選定しモデルを作成した。また$$^{134}$$Cs及び$$^{137}$$Csの線源設定は、$$gamma$$線スペクトロメトリーによる測定値に基づいて設定した。選定エリアに対して、PHITSによる空間線量率の計算結果と歩行サーベイによる観測結果と比較を行った。また、モデルの様々な構成要素の空間線量率への影響を評価するために、建物や樹木のない平坦な地形、さらに選定エリアの$$^{134}$$Cs及び$$^{137}$$Cs分布の平均値を考慮した、より単純な系でのシミュレーションを行った。

口頭

Simulating gamma spectrometers with PHITS; Examples of LaBr$$_{3}$$(Ce) airborne detector and shielded HPGe detector inside a vehicle

Malins, A.; 越智 康太郎; 眞田 幸尚; 山口 一郎*; 佐藤 達彦

no journal, , 

This talk will present two examples of using PHITS for simulating gamma ray spectroscopy. The first example concerns a LaBr$$_{3}$$(Ce) detector used in unmanned helicopter radiation surveys in Fukushima Prefecture. The second example concerns the modelling of a HPGe gamma spectrometer inside a monitoring vehicle. The purpose of this talk is to demonstrate the capabilities of PHITS, including recent developments, for modelling gamma spectrometers.

口頭

Development and application of the 3D Air Dose Rate Evaluation System (3DADRES)

Kim, M.; Malins, A.; 町田 昌彦; 斎藤 公明; 長谷川 幸弘*; 柳 秀明*

no journal, , 

A priority after nuclear accidents is reducing radiation exposures for people living in long-term contaminated areas. An important contributor to radiation doses is external exposure to gamma rays from radioactive $$^{134}$$Cs and $$^{137}$$Cs. External exposure levels depend on the amount and distribution of $$^{134}$$Cs and $$^{137}$$Cs in the environment, the attenuation of gamma rays by matter, and the characteristic locations where people tend to spend time during their daily lives. Understanding and minimizing radiation exposures therefore requires good models connecting the distribution of $$^{134}$$Cs and $$^{137}$$Cs in the environment with gamma radiation dose rates in the air. The 3D Air Dose Rate Evaluation System (3D-ADRES) was developed in response to this issue. The main application of 3D-ADRES is for creating 3D models of locations in Fukushima Prefecture which are suitable Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) radiation transport simulations. 3D-ADRES takes remote sensing data, such as satellite and aerial orthophotos, and digital elevation and surface models (DEM & DSM), and presents users with an interface for creating multi-faceted models of target sites. DEM data are used for creating a topographic model of the land surface. DSM data and the orthophotos are used for adding buildings and trees to the model, and for classifying different types of land surface, e.g. paved, soil and forest areas. Users are then able to set flexibly the amount of $$^{134}$$Cs and $$^{137}$$Cs within different areas and objects in the model.

口頭

福島県飯舘村における家屋周りの空間線量率分布の特徴について

Kim, M.; Malins, A.; 町田 昌彦; 吉村 和也; 吉田 浩子*; 斎藤 公明

no journal, , 

住民が長く滞在する家屋において、室内の放射線場はどの要因で構成されているかを明らかにすることは、住民の被ばく評価において重要な情報源になる。本研究では、3D-ADRESを活用して、家屋とその周辺環境, 線源分布をモデルより構築し、周辺環境と家屋内の空間線量率の相関関係を調べることを最終目標とし、実測調査を行った。対象地域は、生活圏等に除染が実施された飯舘村の家屋とした。周辺環境の詳細な線源分布を調べるために連続測定が可能な$$gamma$$プロッターを用いて空間線量率測定を行った結果、典型的な空間線量率の分布が得られた。

口頭

福島第一原子力発電所事故後の木造家屋内外の空間線量率分布の特徴について

Kim, M.; Malins, A.; 町田 昌彦; 吉村 和也; 吉田 浩子*; 斎藤 公明

no journal, , 

帰還住民が長く滞在する家屋において、家屋内外の空間線量率分布の特徴を明らかにすることは、住民の外部被ばく評価において重要な情報源になる。本研究では、3D-ADRESを活用してシミュレーションより、家屋内の放射線場はどの要因で構成されているかを把握することを最終目標に、連続測定が可能な$$gamma$$プロッターを用いて家屋内外の詳細な空間線量率測定を行った。対象地域は飯舘村、浪江町の家屋とし、連続測定を行った結果、家屋内外の典型的な空間線量率の分布が得られた。

口頭

福島における放射性物質分布調査,7; 家屋周囲の空間線量率の連続モニタリングによる遮蔽係数の検討

Kim, M.; Malins, A.; 町田 昌彦; 吉村 和也; 吉田 浩子*; 斎藤 公明

no journal, , 

家屋の線量低減係数は一般的に家屋内外の限られた数の代表地点における空間線量率を測定して求められる。実際には家屋外の空間線量率は場所により様々に変化するため、空間線量率の正確な分布を取得し、家屋外線源が与える放射線場が、どのように家屋の存在により減衰するかを詳細に調査し線量低減係数の性質を明らかにすることが望まれる。本研究では、空間線量率の連続測定が可能な$$gamma$$プロッターを利用し、得られた家屋周囲の空間線量率分布情報を基に線量低減係数を求めた。その結果、家屋周囲のどのような地点に着目するかによって、線量低減係数は有意に変化することが分かった。

口頭

福島における放射性物質分布調査,6; 旧・現避難指示区域の木造住家での線量低減係数の経時変化

吉田 浩子*; Kim, M.; Malins, A.; 町田 昌彦; 吉村 和也

no journal, , 

現存被ばく状況において、より適切に被ばく線量推定を行うにあたっては住民の滞在時間がもっとも長い住家屋内の空間線量率の評価が重要であり、そのためには、線量低減係数について適正な値を用いることが必要である。我々は2012年からこれまでに旧・現避難指示区域の木造住家約150軒について住家内外の放射性物資の分布状況を調査し、住家周辺の数値から線量低減係数を評価してきた。本発表では、2012-2013年(除染前, 除染直後)及び2019年に評価した線量低減係数を比較し、その経時変化について報告する。

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