2022 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, 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 / 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 |
プラズマと固体物質の相互作用においては，プラズマ粒子の入射頻度と固体物質側の現象の時間スケールの競争を論ずることが正しい理解の鍵となる．これを計算で扱うためには，原子を直接扱いながらも長時間スケールに到達できる手法が必要であることから，動的モンテカルロ法(KMC)に着目した．しかし，KMCはモンテカルロ法であるがゆえに，事前に原子の移動先と移動確率を全て知った上でしか原子の移動モデルおよびコードを構築できない．そこで本研究では，時々刻々変わる原子配置に対して，リアルタイムでモデルを更新していくオンザフライKMCを開発した．
本研究で開発したKMCコードFlyAMでは、Multi-Program Multi-Data型の並列化と局所分子動力学(MD)を組み合わせることで、任意構造の構造変化を扱いつつも，高い並列化効率を達成できる．しかしながら，十分な高速化を行っても，繊維状タングステンナノ構造のようなナノメートルスケールの微細凹凸構造における表面拡散による構造消失を再現することができなかった．そこで最終年度には，有限温度効果を取り入れた計算手法を確立することで本問題の解決を図った．具体的には，Jarzynski等式と局所MDとの併用による自由エネルギーバリアの算出を可能とした．さらにKMCのイベント選択のアルゴリズムにおいても，計算コストを増やすことなく有限温度効果を導入する手法を構築することができた．その結果，期待通り微細凹凸構造の消失を再現可能となった．このような有限温度効果は高温環境ほど顕著になる効果であり，核融合炉材料にとって重要である．
また，最終目標に据えていた国際会議(ICMS)が新型コロナウィルスにより1年延期したことを受け、研究期間を1年間延長させていただき、無事に国際会議にて本手法の有用性を発信することができた。
|
| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Remarks |
研究代表者のwebページにて本研究で開発したコードなどを公開している。
|
-
-
-
-
[Journal Article] Perspective of Meta-Hierarchy Dynamics2023
Author(s)
NUNAMI Masanori、ITO Atsushi M.、GOTO Motoshi、HASEGAWA Hiroki、IGAMI Hiroe、KASAHARA Hiroshi、KAWAMURA Gakushi、KAWATE Tomoko、MATSUOKA Seikichi、NAGAOKA Kenichi、SAKAMOTO Ryuichi、SEKI Tetsuo、TAKAYAMA Arimichi、TODA Shinichiro、Meta-hierarchy dynamics unit
-
Journal Title
Plasma and Fusion Research
Volume: 18
Pages: 2501057～2501057
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
-
-
-
-
-
-
