2019 Fiscal Year Annual Research Report
マルチハイブリッド計算の発展によるプラズマ照射と長時間構造緩和の競争機構の解明
| Project/Area Number |
19H01882
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
|---|
Principal Investigator |
伊藤 篤史 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (10581051)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 動的モンテカルロ法 / 分子動力学 / ハイブリッドシミュレーション / プラズマ壁相互作用 / プラズマ物質相互作用 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマと壁の相互作用を正しく理解するためには、プラズマ粒子の入射頻度と固体物質内部の現象との間で生じる競争現象を真面目に議論する必要がある。このような複数の現象の競争は時間スケールの違いによって生じるため、現実と同様の時間スケールで物事を記述する必要がある。一般的に原子スケールのシミュレーションで扱える時間スケールは精々マイクロ秒程度であるが、プラズマ照射の行われる時間は数秒から数時間とギャップがある。これを短縮したシミュレーションを行ってしまうと入射頻度が増大し、現象の競争が異なるものになってしまう。
我々は原子スケールのシミュレーションにおいて、現象の競争を正確に再現するため、プラズマ照射下の物質の原子スケールの移動を高速に計算する動的モンテカルロ法を採用しているが、特に本研究ではオンザフライで動的モンテカルロの移動モデルを再構築してゆく方法を開発する。
初年度は、オンザフライ動的モンテカルロ法 (On the Fly KMC) のプロトタイプコードを完成させ、スカラー型CPUのワークステーションでの動作検証を行った。テストとして、中性子損傷で一部分がアモルファス化してしまったタングステンが、時間をかけて体心立方格子構造へ回復してゆく挙動に関してOn the Fly KMC を適用し、現象を再現することを確かめた。
また、分子動力学 (MD) とのハイブリッド運用が最終目的である。MD自体でも長時間の際現が可能な手法を展開できれば望ましい。それを目的とした研究として、熱浴とバイアスポテンシャルを駆使して時間スケールを拡大する手法を開発し、論文として発表した。さらにポテンシャルモデルに関してもOn the Fly KMCでの運用に必要な条件を議論した。
さらに、研究会を催して、原子スケールシミュレーションの長時間スケール化に関する手法開発活動の活性化に貢献した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
On the Fly KMCプロトタイプコードの開発は比較的短時間で終えることができた。一方で、これまでに開発した分子動力学(MD)コードと整合するようにコード整備に時間を費やした。特に、最終的にはOn the Fly KMCとMD、さらに二体衝突近似(BCA)コードの三種が連成して動くハイブリッドコードとしての運用を目指しているため、コードはかなり複雑になることが予想される。
また、後述のヘテロジニアスなコンピューティング環境での運用や、本研究メンバー以外への手法の普及なども重要な課題である。
これらの解決の為にはコード整備やリファクタリングには時間を割いていくことが重要である。一方で、成果発表のタイミングとコード整備の時間配分などを適切に検討していく必要があると認める。
|
| Strategy for Future Research Activity |
オンザフライによる移動モデルの再構築では、局所領域だけを切り出した分子動力学(局所MD)を利用することで、移動経路を自動探索する。移動経路の探索はステップ毎に数百カ所の探索が必要となる。これらをパラレルに走らせることで、探索をできるだけ高速化することが重要である。その為に、スカラー型ワークステーションだけでなく、ベクトル型コンピュータやクラウドコンピューティングでの実行によってヘテロジニアスな運用を検討する。
また、具体的な現象への適用を開始する。原子の表面拡散、内部拡散、アモルファス構造の構造緩和、先に挙げた中性子損傷のより具体的な状況など、まずはプラズマ照射が強く影響しない状況を取り扱うことで、手法の安定性の検証も兼ねる。
その後、プラズマ照射下特有の現象へ適用を進めるが、そのためにはBCA、MDとのハイブリッド運用が必須であり、最終年度までにハイブリッドコードの完成を目指す。
一方で、昨今のパンデミックの状況を鑑みて、作業と論文発表等の時間配分を再検討してゆく必要がある。
|
