学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 30 年度共同研究 最終報告書 2019 年 5 月

jh180006-NAH

核融合プラズマ研究のための超並列粒子シミュレーションコード開発と
その可視化
大谷

寛明（核融合科学研究所）

概要 ディスラプションやブロブ現象のように、微視的物理が核融合プラズマ閉じ込め
装置全体に影響を与えるような現象に対して、微視的物理からその発生機構の解明を目指して、粒子シミュレーションを基礎としたコード開発・微視的物理のモデリング・シ
ミュレーション結果のその場可視化の研究を進めている。PASMO コードの動的負荷分
散アルゴリズムに対応した開放系境界条件のコード化、p3bd コードの領域分割型分散
並列化、MUTSU/MINOS コードの SGS モデルの改良、パラメータ繰り込み型の多階層モデル研究を進めた。また、その場可視化研究では粒子表示機能の拡充に成功した。

1. 共同研究に関する情報

核融合発電の実現には、コアプラズマの高性能化や(1) 共同研究を実施した拠点名

その制御とともに、周辺領域プラズマの挙動理解と本課題は、核融合科学研究所（核融合研）、兵庫県立

その制御、プラズマ中の高速粒子が及ぼす影響の理大学、神戸大学、京都大学、名古屋大学、情報通信研

解も重要である。しかし、磁気再結合が引き金とな究機構（情報通信研）、北里大学の複数の研究者が参ってプラズマ全体が崩壊するディスラプション現象

加する共同研究であり、名古屋大学の大規模計算資や、ブロブ現象のような周辺領域における動径方向源を利用する。

のプラズマ輸送、ダイバータ板への熱流逓減のため(2) 共同研究分野の非接触プラズマ過程、不純物輸送、高速粒子が励 超大規模数値計算系応用分野

起する波動などの正確な予測には、粒子運動のよう(3) 参加研究者の役割分担

な微視的な物理を正しく扱いながら装置全体にわた

大谷寛明（核融合研）：総括・粒子コード開発・可視

る巨視的現象を調べる大規模シミュレーションが必化研究要である。微視的物理を扱う有効な手法として、荷大野暢亮（兵庫県立大）：その場(In-Situ)可視化の研

電粒子の運動方程式と Maxwell 方程式を自己無撞着

究・開発に直接解く粒子シミュレーションモデルがあるが、宇佐見俊介（核融合研）：粒子コードと流体コードの膨大な粒子を計算する必要があるため、巨視的な時

連結

空間スケールを扱うことが困難である。他方、大規

樋田美栄子、沼波政倫、長谷川裕記（核融合研）：粒模シミュレーションではストレージの制限などから

子コードの移植・高速化

計算した全データを保存することは不可能であり、三浦英昭（核融合研）、田光江(情報通信研）、小川智

また、解析用マシンのメモリ不足から全データを可也(北里大）、深沢圭一郎（京大）：流体シミュレーシ

視化解析するなどのポストプロセスも困難である。

ョンとの比較、微視的物理のモデル化

今後ますます規模が大きくなることが予想されるシ

堀内利得（核融合研）、石黒静児（核融合研）：問題設

ミュレーションに対して、その結果の可視化解析を定、結果の評価

どのように行うかも喫緊の課題である。

中島 浩（京大）、臼井英之（神戸大）、三宅洋平（神本研究課題は、上記のような微視的物理が装置スケ戸大）：動的負荷分散ライブラリの開発、実装、活用

ールのダイナミクスに影響を与えるような現象に対支援して、第一原理からその発生機構の解明や挙動の正荻野正雄(名大）： FX100 での最適化・実行支援

確な予測を行い、核融合プラズマの閉じ込め性能改2. 研究の目的と意義

善等へ寄与することを目的とする。次の３つの課題

1

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について、研究・開発を推進する。これら研究課題の響を見出し、その運動論効果をモデル化することに推進により、粒子コード・モデリング・可視化までをつなげる。

まとめる総合的な研究基盤の構築を目指す。

③「その場可視化」の研究・開発：大規模シミュレー①粒子モデルを基礎としたシミュレーションコード

ション結果の可視化解析に関する課題の解決方法のの研究・開発： 超並列に対応した粒子シミュレーシ

一つとして、計算実行とともに可視化作業を行う「そョンコードの研究・開発を行う。H30 年度は、PASMOの場可視化」の研究・開発を行う。H30 年度は、CAVE

コードでは OhHelp ライブラリ活用のための最適化及用及び PC 用点群ビューアの充実を図り、カーテシア

び OhHelp ライブラリに対応した開放系境界条件のコン以外の座標系の検討を進める。

ード化を行う。p3bd コードでは領域分割型分散並列

3. 当拠点公募型共同研究として実施した意義

化コードの開発を進め、同コードの最適化（粒子ソ本研究課題は超大規模計算機と超大容量ストレージートの導入等）、計算検証などを実施する。

を有する情報基盤を必要としたグランドチャレンジ

粒子コードの開発とともに各物理課題の研究も進的な問題である。また、計算科学分野・計算機科学分

める。H30 年度は、磁気再結合研究では、イオン加熱

野・可視化情報学分野の協調的かつ相補的な研究体の反平行磁場（ポロイダル磁場）強度、縦磁場（トロ制が必要不可欠である。このように幅広い研究分野

イダル磁場）強度が異なる様々な環境下でシミュレの研究者を含む研究体制を構築するため、多数の先ーションを行い、それぞれの磁場依存性を示して実導的研究者が在籍する JHPCN 公募型共同研究で実施

験と比較する。周辺領域におけるプラズマ輸送の研する必要がある。

究では、フィラメントによる不純物イオン輸送の物

4. 前年度までに得られた研究成果の概要

理パラメータに対する依存性を調べるとともに、フPASMO コードでは OhHelp ライブラリ(粒子コード向ィラメント現象における同位体効果や 3 次元的な粒けの動的負荷分散ライブラリ)の実装及び検証を行

子運動効果について研究する。高速粒子による波動った。p3bd コードでは領域分割型分散並列に対応し励起に関する研究では、低域混成共鳴周波数付近のたポアソンソルバーの開発と実装及び、領域分割型波の不安定性に注目する。特に、プラズマの密度が

分散並列化コードの開発を進めた。各物理課題の研上昇すると、低域混成共鳴周波数が上昇するが、そ究では、磁気再結合研究では下流におけるイオン粒

れが不安定性に及ぼす影響を調べる。そのために、子の軌道を詳細に解析し、計算結果と実験結果とのプラズマの密度を上昇させるとともに、高速粒子を比較を行った。周辺領域におけるプラズマ輸送の物注入し続けるシミュレーションを行う。

理研究では、フィラメント構造現象の計算に関して②巨視的シミュレーションに活用するための第一原

基本的な理論モデルとの比較検証を行い、不純物イ

理に基づく微視的現象のモデル化研究：モデル化研オン輸送の研究を進めた。高速粒子による波動励起

究や多階層モデルの研究を進め、経験的モデルよりに関する研究では、初期に高速粒子を与えてその後予測性の高い巨視的シミュレーションの実現を目指の発展を電磁粒子シミュレーションで追跡した。多す。H30 年度は、(1)MUTSU/MINOS コードおよび MINOS

階層モデル研究では、階層連結手法の改良に取り組

コードにおける微視的効果のパートを高度化、最適み、Hall MHD と PIC 連結モデルによるホイッスラー

化したうえで、不安定性などについて粒子シミュレ

波伝播の検証に取り組んだ。その場可視化の研究でーションと比較、改良を目指す。(2)微視的物理と巨は、点群データのサイズ縮小機能を拡張して VISMO

視的物理を同時に解く多階層モデル研究では、パラ本体に実装し、MHD コードと結合して実際に可視化画メータ繰り込み型手法に焦点を当てて開発を進める。 像が出力できることを確認した。
同一の状況下にいて圧力駆動型不安定性の MHD シミ

5. 今年度の研究成果の詳細ュレーションと粒子シミュレーションを行うことに【コード研究・開発】

より、運動論効果が不安定性成長率などに及ぼす影・PASMO コード：PASMO コードは、磁気再結合研究の2

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ため開発された 2 次元あるいは 3 次元の電磁粒子シ小さい状況に限られる）、電磁コードに比して計算資

ミュレーションコードである。このコードの特長は、源を節約できること、などが挙げられる。そして、ス上流から磁場フラックス及びプラズマを流入させる

クレイプ・オフ・レイヤーのプラズマ輸送現象におことにより、磁気再結合を駆動することができ、まける微視的ダイナミクスを解明することが p3bd コ

た、下流では粒子が自由に出入りできる開放系境界ードの開発意義である。今年度は、昨年度に引き続条件を用いていることである。このため、長時間のき、すでに開発が完了している領域分割型分散並列

シミュレーションが可能であることが開発意義であに対応したポアソンソルバーを用いて、p3bd コード

る。H29 年度に OhHelp を組み込んだ PASMO は、着実の領域分割型分散並列化版コードである up3bd の開に組み込みを行うため、周期境界条件の下で開発を発を進めた。今年度前半は、磁力線方向（z 方向）を進めた。この PASMO に対して開放系境界条件を組み

周期的境界条件、かつ、x 方向の両端を反射境界とし込む開発を進めた。PASMO の粒子に対する開放系境界

たバージョンの up3bd コードの開発と、その計算精条件では、境界のセル内に存在する粒子を消去して度等についての検証を行った。この領域分割型分散から、上流境界のセルでは磁場の強さに比例した個並列化により、コード性能（理論ピーク性能比）は従数でマクスウェル分布を満たすように新たに粒子を来コードの 2～3 倍となり、メインループでの実効並配置して ExB ドリフトを与え、下流境界のセルでは列化率は 99.959%（並列化効率が 50%となるときのノ境界より内側のセル内の粒子と同じ分布になるようード数は 2,439 ノード）
（FX100 にて測定した Weakに新たに粒子を配置している。これに対して OhHelp

Scaling から算出）となった。今年度の後半においてライブラリでは、計算負荷の大きい領域(粒子シミュ

は、up3bd への粒子ソートの導入を行い、その結果、レーションでは粒子数が多い領域と等価)がある場

計算速度が 1.4 倍となった。また、磁力線方向（z 方合、計算負荷少ない領域を担当する MPI プロセスに、向）の両端、及び、x 方向の片側の境界（x = 0）を

計算負荷の大きい領域の場の情報と一部の粒子情報

粒子吸収境界としたバージョンの up3bd コードの開を転送する。そのため、PASMO の粒子開放系境界条件

発を進めるとともに、2019 年度に予定している「そを OhHelp 組み込み済み PASMO に適用する場合、転送の場可視化」ライブラリ VISMO の up3bd への導入に先の粒子情報を転送元に送る必要がある。PASMO の粒向けたコード整備も行った。このように並列化に対子開放系境界条件に対するアルゴリズムの再検討と応した粒子コード p3bd の開発という点で目標を達

OhHelp を組み込んだ PASMO への適用方法の開発を進成することができた。

めた。このように目標達成に向けた研究開発を進め【モデル化研究】ることができた。

・MHD コード：核融合科学研究所の大型ヘリカル装置

・p3bd コード：p3bd コードの特長としては、①PASMO(LHD)内部に閉じ込められた高温プラズマの不安定コードと同じく 3 次元空間における多数のプラズマ性をシミュレーションするための電磁流体力学

粒子（分散並列により数億個以上の粒子を扱うこと(MHD) 方 程 式 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン コ ー ドが可能）の運動と、それと自己無撞着な電場の時間

MUTSU/MINOS コードの開発を進めている。このコード発展を解けること、②x 軸方向の片側の境界、および、

はジャイロ粘性効果を含む拡張 MHD シミュレーショ

z 軸方向の両側の境界を、プラズマ粒子が吸収されるンコードであり、格子解像度以下のサブグリッドス

境界、かつ、静電ポテンシャルが 0 となる（すなわ

ケール(SGS)が格子解像度以上のスケール（グリッドち接地）境界とすることによって、磁場閉じ込めプ

スケール）への影響を表す SGS モデルを実装し、Large

ラズマ周辺部の開いた磁力線領域（スクレイプ・オ

Eddy Simulation (LES) コードである。このように、

フ・レイヤー）を模擬していること、③静電コードで格子解像度以下の影響も取り入れて装置全体の不安あるため、磁場の時間発展を解く必要がなく（ただ定性をシミュレーションできるようにすることがこし、ベータ値（プラズマ圧力と磁場圧力の比）が十分のコード開発の意義である。昨年度に引き続き、

3

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MUTSU/MINOS コードの機能拡張を行った。昨年度実装

・VISMO の研究・開発：その場可視化では、シミュレ

した SGS モデルについて改良を行い、交換型・テアーションの実行時に生データではなく可視化した画

リング不安定性の遷移現象の 2 次元シミュレーショ

像を出力する。このため視点や内面レベルなどの可ンにこれを応用した。比較的少ない格子点数で安定

視化パラメータが固定されてしまい、異なる視点かな数値シミュレーションが実施できることなど、期ら観察するなどの対話的な操作はできない。我々は待通りの特性が得られている。このように格子解像

その場可視化した結果を画像のみでなく点群として度以下の微視的な効果を取り込む LES コードの改良

保存する機能を、独自開発しているその場可視化ラを進めることでき、微視的現象のモデル化研究は順イブラリ VISMO に実装した。またその点群を表示す

調に成果を上げることができた。

るための専用ビューアを開発した。この点群を使っ・階層連結手法：プラズマ現象における階層横断現て画像情報を保存・表示できる点がこのライブラリ

象を完全に理解することを目指して多階層モデルのの特長であり、対話的にシミュレーションデータを開発を進めている。このモデルの開発意義は微視的描画できることがこのライブラリの開発意義である。

モデルではカバーできない巨視的な系に対して、経今年度前半では、VISMO の粒子表示機能を拡充し、表験的モデルによらない予測性の高い巨視的シミュレ

示する粒子の色・大きさを制御可能にした。この開ーションの実現することである。多階層モデルは、

発はデータの表現力を上げ、プラズマシミュレーシ

実空間分割型とパラメータ繰り込み型の 2 種に大別

ョン以外のシミュレーションへの応用の道を開いた。

できる。今年度は、主にレイリーテイラー不安定性

例えば、名工大の後藤俊幸先生のグループは、エアにおける階層性に着目し、後者の手法に基づいた多ロゾルから雲粒子生成までのシミュレーションを行

階層モデルの開発を推し進めた。パラメータ繰り込っている。粒子の大きさに合わせて色を変えて表示

み型の多階層モデルでは、第一原理計算（例えば、粒することで、水粒子が衝突・合体成長して雨として子シミュレーション）から得られた結果を、何らか降下する過程を調べることに役立つと考えられ、共の仮定・条件の下でモデル化して、マクロなスケー

同研究を後藤先生のグループと開始した。今年度後ルの基礎方程式（たとえば、MHD 方程式）に組み込む

半では、新たに四面体格子版も開発を行い、等値面、ことが必要である。そこで、これまでに実施された

スライス、矢印表示、流線表示を可能とした。このよ

MHD シミュレーションと同じ物理条件でレイリーテ

うに VISMO の可視化表現の拡張に成功したという点

イラー不安定性の粒子シミュレーションを行って、で目標を達することができた。

両者の結果の比較を進めた。まず、これまで磁気再【物理課題の成果】

結合に用いている PASMO コードの境界条件、初期配・磁気再結合：PASMO コードによる粒子シミュレーシ

位を変更すること、レイリーテイラー不安定性の大ョンにより、縦磁場が存在する場合の磁気再結合に規模な粒子シミュレーション実施した。しかし、こおける実効的なイオン加熱機構を調べた。本加熱機

れまでの MHD シミュレーションとスケールも含めて構を受けたイオンはリング状の速度分布を形成する

より精密に比較するためには、粒子シミュレーショ

ことが明らかになっている。平成 30 年度は、この加ンの規模を拡大させる必要であることが明らかとな熱機構の磁場成分依存性について取り組み、まず、った。そこで後期には、本課題中で開発している

縦磁場（トロイダル磁場）強度依存性を詳しく調べ

PASMO コードに採用されている手法を一部取り入れた。その結果、縦磁場が強くなるにつれて、速度分布て、さらに大規模な粒子シミュレーションの実施に構造がリング構造から未完成のリング、すなわち弧取り組んでいる。このように目標達成に向けて、パ状構造となる傾向があることを見出した。このこと

ラメータ繰り込み型手法によるモデル化研究を進めは、縦磁場が強くなると、（実効的な）イオン温度がた。

低下する傾向にあることを意味する。さらに後期に【その場可視化の研究・開発】

は、反平行磁場（ポロイダル磁場）強度の依存性につ4

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いて探求を進めた。反平行磁場が強くなると、リコ

このように物理課題の成果では各課題について着ネクションアウトフロー速度が大きくなることに伴実に成果を上げ、当初の目標を達することができた。

い、リング状あるいは弧状速度分布構造の半径が大6. 今年度の進捗状況と今後の展望

きくなることを明らかにした。また、この 2 つの依【コード研究・開発】存性を説明できる理論を構築することに成功してい・PASMO コード：OhHelp ライブラリに対応した開放る。さらに得られたシミュレーション結果を、東京

系境界条件のコード化の取り組みを先述のように進大学の球状トカマク装置 TS-3 等におけるプラズマ

めている。また、PASMO で最も計算効率が低い、粒子合体実験結果と比較し、イオン加熱の縦磁場依存性・

位置・速度の更新／電流密度計算のルーチンについ反平行磁場依存性がシミュレーションと実験でよくて、SIMD 化やソフトウェアパイプラインが有効にな一致することを確かめた。

るようなアルゴリズムの検討も進めている。開放系

・周辺領域におけるプラズマ輸送：フィラメント現境界条件の組み込みを終えたのち、磁気再結合の物

象の物理課題を扱う p3bd コードでは、これまでに、理課題に取り組む予定である。以上のように、PASMO

ブロブだけでなくホール（ブロブとは逆に、周囲よ

コードの開発に関する今年度の計画は順調に進んだ。

り密度の低いフィラメント構造）の計算も実行でき

・p3bd コード：年度前半は、p3bd の領域分割型分散るように改良を行い、ブロブ・ホールによる不純物

並列化版コードである up3bd の z 方向周期境界/x 方

イオン輸送を世界で初めて数値的に示すなどの成果

向反射境界版の開発を行い、その検証作業も含め開を得てきた。今年度前半は、この不純物イオン輸送

発は完了している。年度後半は、up3bd への粒子ソーの様々な物理パラメータに対する依存性を調べるた

トの導入、up3bd の粒子吸収境界版の開発、VISMO 導めに非常に多くのパラメータランを行い、①同輸送入（2019 年度予定）に向けたコード整備を行った。

がフィラメント断面サイズに対して正の相関を持つ

up3bd の粒子吸収境界版についてはその検証作業がこと、②同輸送が背景イオン温度に対して弱い負の残っているが、当初計画に対する進捗率は、全体と相関を持つこと、③不純物イオン質量がある閾値をして、80%以上となった。今後は、その場可視化ライ

超えると急激に輸送が少なくなることを示した。さブラリ VISMO の up3bd への導入、up3bd における粒らに、今年度の後半においては、フィラメント現象

子軌道データ保存ルーチンの開発、実装を進める。

における同位体効果について調べ、その結果、イオ【モデル化研究】

ン質量増加によるシース効果（フィラメント伝播速・MHD コード：MUTSU/MINOS コードの機能拡張及び SGS

度の増加）と分極ドリフト効果（同速度の減少）は打モデルについての改良を着実に進めることができてち消し合うが、粒子旋回運動効果が加わることによいる。今後、プラズマ不安定性の非線形時間発展にり、全体としてはフィラメント伝播速度が減少する

使用する予定である。

ことを明らかにした。また、粒子旋回運動の効果が、・階層連結手法：レイリーテイラー不安定性におい3 次元的な電位構造を通して、フィラメントのダイナては、流体コードの成果として、2 流体効果が不安定

ミクスに 3 次元的な影響を与えることも見出した。

性成長率を著しく低下させることが解明されている。

・高速粒子による波動励起：LHD ではプラズマを立ちこのことから、流体では記述できない運動論効果は、上げてプラズマ密度を徐々に上昇させている時に、不安定性成長率に対して、さらに影響を与える可能

プラズマから放射される電磁波の周波数が階段状に性が高いことが予想される。そのため、パラメータ上昇するという現象が観測されている。この電磁波

繰り込み型の多階層モデルを開発し、それを用いての励起機構を調べるため、プラズマの密度を増加しレイリーテイラー不安定性を調べることが目標とな

続け、そこに、高速粒子を注入し続けるというシミる。前期では、これまで磁気再結合に用いてきたュレーションを開始した。その結果、実験とよく似

PASMO コードを用いて、後期では、本課題で開発された、磁場擾乱の周波数上昇を観測した。

た新しい PASMO コードによってレイリーテイラー不5

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安定性のシミュレーションを実施している。一方で、地球磁気圏での磁気再結合にも適用できる可能性が様々な条件下でシミュレーションを行い、既存の MHDある。

シミュレーション結果と比較することは今後の課題

・周辺領域におけるプラズマ輸送：今年度前半は、フとなっている。この比較により、運動論効果のモディラメントによる不純物イオン輸送の様々な物理パ

ル化へつなげるアウトプットを得ることが期待されラメータに対する依存性をパラメータランにより示る。そのため、このトピックについての進捗状況とした。今年度後半は、フィラメント現象における同しては、やや遅れていると評価する。

位体効果、そして、粒子運動による 3 次元的な効果【その場可視化の研究・開発】を明らかにした。これらの詳細な物理機構に関する

・VISMO の研究・開発：その場可視化ライブラリ VISMO

解析については未だ不十分な点もあるが、当初計画

で粒子の色・大きさの制御を可能にした。また、カーに対する進捗率は、全体として、90%以上となっていテシアン以外の座標系の対応するため、四面体格子る。今後は、それら物理機構の解析や、磁力線方向に対応版の開発を行った。等値面、スライス、矢印表示、

局在して生成されたフィラメントの時空間ダイナミ

流線表示が可能となった。四面体以外の座標系を用クスに関する研究を進める。

いているシミュレーションでも、計算格子を四面体

・高速粒子による波動励起：プラズマ密度の上昇とに分割できれば使用できるので、トーラス系プラズ

高速粒子の注入の効果を明らかにすることを目指し

マシミュレーションなど、VISMO が利用可能なコードて、現在、波動のスペクトルや高速粒子の速度分布がさらに増えることが期待される。今後は、シミュについての解析を進めている。今後、シミュレーシ

レーションコードとのインターフェイス、点群取得

ョン結果と実験結果の比較をして、波の励起機構を機能の実装などを行う。

解明するとともに、計算モデルを検証する予定であ【物理課題の成果】

る。

・磁気再結合：磁気再結合におけるイオン実効的加【資源の利用状況】

熱機構について、前期では、縦磁場依存性を、後期に粒子コード及び MHD コードそれぞれについて FX100は反平行磁場依存性を、粒子シミュレーションで詳でプロダクトランを行っている。また、コードの開細に調べた。それらの依存性を球状トカマク装置に発においても資源を活用することができ、順調に開おけるプラズマ合体実験で報告されている傾向と比発を進めることができている。資源は有効に活用さ較し、両者はよく合うことを示すことができた。されており、改めて JHPCN に感謝申し上げる。

らに、このことを説明できる理論を構築することに【共同研究の進捗】も成功している。このことから、当初目標以上に進

核融合科学研究所に所属するメンバーでは、定期的捗したと考えている。今後は、リング状あるいは弧に会合を設け、コード開発や研究の進捗状況を報告

状の速度分布関数から駆動されると考えられる不安

し合い、停滞している課題があれば、その問題につ定性、あるいは粒子間衝突の効果によって、これら

いて議論を行っている。遠方の共同研究者とは、メの特殊な速度分布構造がどう変化するのかを探求すールを使って研究状況を報告して議論を行っている。

る。また、単純な 1 つのリング状あるいは弧状構造【シミュレーション研究の総合的研究基盤の構築にだけではなく、それらが組み合わさった構造も見え向けた取り組み】ているので、それらについても成立過程を調べてい

個別の要素技術は着実に開発が進んでいる。VISMO に

く予定である。これによって、よりよい精度で球状ついても具体的な利用に対する要望を取り入れるな

トカマクにおけるイオン加熱と比較することに繋がど、更なる開発を進めている。今後、基本コードやラり、より効率的な加熱条件を実験側に提案できるこ

イブラリの公開等を含め、研究基盤の構築を進めたとが期待される。さらに、このイオン実効的加熱機

いと考える。

構は球状トカマクのような室内実験だけではなく、【今年度の研究計画に対する自己評価】

6学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 30 年度共同研究 最終報告書 2019 年 5 月

モデル化研究にやや遅れが見られたが、超並列に対Plasma Physics (ICPP2018), June 4-8 (2018),

応した粒子コードの開発、物理課題の成果、その場

Vancouver, Canada.

可視化ライブラリの充実など、着実に成果を挙げる

・S. Usami, R. Horiuchi, H. Ohtani, Y. Ono: “PIC

ことができたsimulation and extended theory on ion pickup-

7.

like heating in guide filed reconnection”, The

研究成果リスト(1) 学術論文

2018 US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection・S. Usami, R. Horiuchi, H. Ohtani, and M. Den:

(Magnetic“Improvement of the Multi-Hierarchy Simulation

Astrophysical, and Laboratory Plasmas) (MR2018),

Model Based on the Real-Space Decomposition

September 4-8, 2018, Princeton, U.S.A.

Method”, Plasma 1, 9 (2018).

・ H. Hasegawa, S. Ishiguro: “Impurity Ion

・F. Pucci, S. Usami, H. Ji, X. Guo, R. Horiuchi,

Transport by Filamentary Plasma Structures”,

S. Okamura, W. Fox, J. Jara-Almonte, M. Yamada,

23rd International Conference on Plasma Surface

and J. Yo: “Energy transfer and electronInteractions in Controlled Fusion Devices, Jun.

energizationincollisionless

17 – Jun. 22, 2018, Princeton University, Newreconnectionfordifferent

magnetic

inSpace,

Solar,

Jersey, USA.

guide-field

intensities”, Phys. Plasmas 25, 122111

Reconnection(2018).

・S. Usami, R. Horiuchi, H. Ohtani, Y. Ono, M.

・M. Toida, K. Saito, H. Igami, T. Akiyama, S.

Inomoto,Kamio, R. Seki: “Simulation Study of High-Studies on Ion Effective Heating through Merging

frequency

byPlasma”, 27th IAEA Fusion Energy Conference,

Energetic Ions in Association with Ion Cyclotron

Oct. 22-27, 2018, Gandhinagar, Gujarat, India.

Emission”, Plasma Fusion Res. 13 (2018) 3403015.

・ H. Hasegawa, S. Ishiguro: “ Ion Inertial(2) 国際会議プロシーディングス

Effects on Three-dimensional Filament Dynamics”,

・S. Usami, R. Horiuchi, H. Ohtani, Y. Ono, M.

27th IAEA Fusion Energy Conference, Oct. 22-27,

Inomoto,2018, Gandhinagar, Gujarat, India.

MagnetosonicH.

Tanabe:Waves“Particle

ExcitedSimulation

H.

Tanabe:“Particle

Simulation

Studies on Ion Effective Heating through Merging

・S. Ishiguro, T. Pianpanit, H. Hasegawa, T.

Plasma”, The 27th IAEA Fusion Energy Conference

Moritaka, Y. Hayashi, N. Ohno, H. Tanaka, S.

(FEC2018), TH/P4-9.

Kajita, “Plasma structure deformation due to・ H. Hasegawa, S. Ishiguro: “Ion Inertial

injection of a strong plasma pulse in a detached

Effects

plasma”,onThree-dimensional

Filament

60th

AnnualMeeting

of

the

APS

Dynamics”, 27th IAEA Fusion Energy Conference

Division of Plasma Physics, November 5-9, 2018,(2018) TH/P7-12.

Portland, Oregon, USA.

(3) 国際会議発表

・H.Ohtani, N.Ohno, H.Miura, S.Usami, S.Ishiguro,・S. Usami, R. Horiuchi, H. Ohtani: “Formation

R.Horiuchi: “Combination of particle-in-cellof ring-like ion velocity distribution throughsimulation with analysis by in-situ and virtual-magnetic reconnection with a guide field”, 19th

reality

International

Physics

plasma physics”, 2nd Asia-Pacific Conference(ICPP2018), June 4-8, 2018, Vancouver, Canada.

on Plasma Physics (AAPPS-DPP2018), November 12-

・M. Toida: “Simulation studies of effects of

17, 2018, The Kanazawa Chamber of Commerce andtrapped electrons on particle acceleration by a

Industry & Ishikawa Prefectural Bunkyo Hall,

shock wave” 19th International Congress on

Kanazawa, Japan.

Congresson

Plasma7

visualizationforinvestigationof学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 30 年度共同研究 最終報告書 2019 年 5 月

・S. Usami, R. Horiuchi, H. Ohtani, and Y. Ono:and Fusion Research & The 13th Asia Pacific“Particle Simulation Studies on Effective Ion

Plasma Theory Conference, November 19 - 22, 2018,

Heating during Magnetic Reconnection”, 2ndToki, Gifu, Japan.

Asia-Pacific・H. Ohtani, Y. Miyake, H.Nakashima, R. Horiuchi,

Conference(AAPPS-DPP2018),

on

November

Plasma12-17,

Physics

2018,

The

S.

Usami:“Optimizationofplasmasimulationcode

Kanazawa Chamber of Commerce and Industry &electromagnetic

Ishikawa Prefectural Bunkyo Hall, Kanazawa,

PASMO”, The 1st R-CCS International Symposium,

Japan.

Feb.18-19, 2019, Kobe, Japan.

・S. Usami, R. Horiuchi, H. Ohtani: “Extension(4) 国内会議発表

of the ion effective heating process during

・大野暢亮，大谷寛明, “In-Situ 可視化ツールの開magnetic reconnection with guide field”, The

発”, 第 23 回計算工学講演会、2018 年 6 月 6 日～827th International Toki Conference & The 13th日、ウィンク愛知(名古屋市).

Asia Pacific Plasma Theory Conference (ITC27 &・長谷川裕記、石黒静児：「不純物イオン輸送におけ

APPTC2018), November 19-22, 2018, Ceratopia

るプラズマフィラメントの効果」、第 12 回核融合エ

Toki, Toki, Japan.

ネルギー連合講演会、2018 年 6 月 28 日～29 日、ピ・H. Hasegawa, S. Ishiguro, “Effect of Ion Mass

アザ淡海(滋賀県立県民交流センター)(大津市).

on Plasma Filament Propagation Dynamics”, The・樋田美栄子、斎藤健二、伊神弘恵、秋山毅志、關良

27th International Toki Conference on Plasma and輔、神尾修治：「高速イオンによる低域混成波不安定

Fusion Research & The 13th Asia Pacific Plasma

性のシミュレーション」第 12 回核融合エネルギー連

Theory Conference, November 19-22, 2018, Toki,

合講演会、2018 年 6 月 28 日～29 日、ピアザ淡海(滋Gifu, Japan.

賀県立県民交流センター)(大津市).

・S. Ishiguro, T. Pianpanit, H. Hasegawa, T.

・樋田美栄子、伊神弘恵、斎藤健二、秋山毅志、關良Moritaka, Y. Hayashi, N. Ohno, H. Tanaka, S.

輔、神尾修治：「高エネルギーイオンが励起する低域

Kajita, “Potential Structure in the Detached

混成波とイオンサイクロトロン波のシミュレーショ

Plasma Invaded by a Strong Plasma Pulse”, Theン」
日本物理学会秋季大会，2018 年 9 月 9 日-12 日、27th International Toki Conference on Plasma and同志社大学（京都市）.

Fusion Research & The 13th Asia Pacific Plasma

・長谷川裕記、石黒静児：「プラズマフィラメントにTheory Conference, November 19 - 22, 2018, Toki,

よる径方向不純物イオン輸送の粒子シミュレーショ

Gifu, Japan.

ン」、プラズマシミュレータシンポジウム 2018、2018

particle“In-Situ

年 9 月 13 日～14 日、核融合科学研究所(土岐市).

The

27th

・大野暢亮，大谷寛明, 三浦英昭：「ベクトル計算機

International Toki Conference on Plasma and

上での In-Situ 可視化の試み」, プラズマシミュレ

Fusion Research & The 13th Asia Pacific Plasma

ータシンポジウム 2018, 2018 年 9 月 13 日～14 日、Theory Conference, November 19 - 22, 2018, Toki,

核融合科学研究所(土岐市)（招待講演）.

Gifu, Japan.

・金子貢士, 大野暢亮，大谷寛明：「VR 装置による・M. Toida, H. Igami, K. Saito, T. Akiyama, S.

In-Situ 可視化結果の表示」, プラズマシミュレー

Kamio, R. Seki: “Particle simulation of stair-

タシンポジウム 2018, 2018 年 9 月 13 日～14 日、核like

融合科学研究所(土岐市).

・ N.Ohno,

H. Ohtani,

Visualization

frequency

Tool:

K.

Kaneko:VISMO”,

chirping

inlower-hybrid

resonance range caused by energetic ions” ,・樋田美栄子：「高速イオンが励起するイオンサイクThe 27th International Toki Conference on Plasma

ロトロン波と低域混成波との粒子シミュレーショ

8

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 30 年度共同研究 最終報告書 2019 年 5 月ン」, プラズマシミュレータシンポジウム 2018,2018 年 9 月 13 日-14 日、核融合科学研究所(土岐市).
・宇佐見俊介、堀内利得、大谷寛明：「磁気リコネクションにおけるイオン加熱のポロイダル・トロイダル磁場依存性」、プラズマシミュレータシンポジウム
2018、2018 年 9 月 13 日-14 日、核融合科学研究所（土岐市）.
・宇佐見俊介、堀内利得、大谷寛明：「磁気リコネクションにおけるピックアップライクなイオン加熱のシミュレーションと拡張理論」宇治リコネクション
ワークショップ 2018（兼 太陽圏物理研究会 第 4 回
研究集会）、2018 年 11 月 2 日、名古屋大学（名古屋市）．
・石黒静児、ピアンパニット・テーラサーン、長谷川裕記、森高外征雄、林祐貴、大野哲靖、田中宏彦、梶田信：「中性ガスプラズマ境界領域への高エネルギー
プラズマ流入に伴う電位構造形成」、第 35 回プラズ
マ・核融合学会年会、2018 年 12 月 3 日-6 日、大阪
大学(大阪府吹田市)．
・長谷川裕記：「プラズマにおける多階層複合シミュ
レーション～オーロラと核融合境界層領域～」、「自然科学における階層と全体」シンポジウム、2019 年
1 月 10 日-12 日、犬山国際観光センターフロイデ(愛知県犬山市)．
・長谷川裕記、石黒静児：「プラズマフィラメントダ
イナミクスにおける 3 次元効果」、日本物理学会第 74
回年次大会、2019 年 3 月 14 日-17 日、九州大学(福岡市)．
・宇佐見俊介、堀内利得、大谷寛明：「磁気リコネクションにおけるイオン実効的加熱の磁場成分依存性」、日本物理学会第 74 回年次大会、2019 年 3 月 14日-17 日、九州大学（福岡市）．
(5) その他（特許，プレス発表，著書等）
・プラズマ・核融合学会 編、佐野史道 監修、岸本泰
明、堀内利得、石黒静児、州鎌英雄、矢木雅敏、今寺賢志、長友英夫、内藤裕志、渡邉智彦、三浦英昭、藤堂泰、滝塚知典、福山淳、長谷川裕記、伊藤篤史：「プ
ラズマシミュレーション 多階層複雑現象の解明へ」、
京都大学学術出版会（2018 年 12 月）.

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