2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of estimation method of systematic uncertainty in particle transport code using bootstrap method
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17K14917
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
橋本 慎太郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究副主幹 (60465995)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 粒子輸送計算 / ブートストラップ法 / 系統的不確かさ（系統誤差） / モンテカルロ法 / 核反応モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、粒子輸送計算に組み込まれた核反応モデルの不定性に起因する系統的不確かさ（系統誤差）を評価するにあたって、ブートストラップ法を用いて高速にその評価結果を推定することを目的としている。しかし、粒子輸送計算をモンテカルロ法に基づいて行う場合、計算結果が系統的不確かさの他に試行回数に依存する統計的不確かさを含むことになるため、後者の不確かさを取り除く理論的な枠組みが必要である。そこでまず、モンテカルロ法による粒子輸送計算の結果を分析する手法として分散分析を導入し、統計学に基づいて系統的および統計学不確かさのそれぞれを個別に評価可能とした。その成果は、日本原子力学会2018年春の年会において口頭発表した。
次に、粒子輸送計算に対するブートストラップ法の有効性を確認するために、重イオン・粒子輸送計算コードPHITSを用いて中性子の遮へい計算を行った。100MeV中性子を鉄遮材に照射した場合の中性子の透過量を計算し、鉄の中性子断面積モデルの不定性に起因する系統的不確かさを評価した。モデルの不定性として正規分布と非正規分布を仮定し、各場合にブートストラップ法と分散分析による評価方法が機能するかを確認した。1000回の輸送計算で求めた結果を参照値としてブートストラップ法による結果と比較し、計算結果における系統的不確かさが正規分布となる条件では比較的有効に機能し、非正規分布となる条件では有効でない場合があることがわかった。後者は、乱数によって稀に平均値から離れた値を示すことが原因であり、その際の評価には別の評価基準が必要であると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ブートストラップ法により粒子輸送計算における系統的不確かさを評価するにあたり、分散分析を導入して統計学による理論的な枠組みを整備した。そして、簡易体系における遮へい計算を行い、ブートストラップ法の有効性について検証した。
当初の計画では、核反応モデルの不定性が3種類の正規分布となる場合と非正規分布となる場合の4つに条件を分けて、本手法の有効性を検証する予定であった。しかし、3種類の正規分布の内、その半値幅を中心値の50%とした場合については、反応断面積が0となって非物理的な計算を含むことから除外した。そして、他の3つの条件について調査を行い、核反応モデル自体の分布の条件より、粒子輸送計算の結果が示す分布が正規分布かどうかの方がブートストラップ法の有効性を左右することを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ブートストラップ法が有効に機能するかどうかを、核反応モデルの不定性が示す分布の条件ではなく、粒子輸送計算の結果が示す分布の条件によって区別して調査する。
他は当初の計画通り、初期サンプル数とブートストラップ法による推定値がもつ信頼性の関係を明らかにすると共に、その結果をデータベースとして作成する。また、ブートストラップ法を使用した際のリサンプリング数と推定値の信頼性の関係について調査し、分布の条件毎に適切なリサンプリング数を決定する。
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| Causes of Carryover |
当初購入予定だったソフトウェアに不具合があることがわかり、今年度は無料の代替品を利用することとし、購入を見合わせた。
当該ソフトウェアの不具合が修正されたため、これを購入するために計上する。
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