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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

通过多混合计算的发展阐明等离子体辐照和长期结构弛豫之间的竞争机制

基本信息

批准号：
19H01882
负责人：
伊藤篤史
金额：
$ 6.49万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。またそれはプラズマと固体の極端な密度差に由来している。この問題に真正面から取り組むため、我々は空間スケールをミクロに留めたまま、時間スケールに関してだけを粗視化してマクロへ繋ぐ計算手法を考案して、原子レベルの計算で秒に届く現象の再現を行うことを目指している。本研究においては、材料表面及び内部における原子の拡散移動や構造変化を長時間にわたって解くオンザフライ動的モンテカルロ(KMC)コードFlyAMの開発を行っている。昨年度には千日手の除外法を開発し、物理的にトリビアルな振動イベントの発生を抑えることで、到達できる時間スケールを大きく向上させた。しかしながら、本年度の研究において、核融合条件下で生成されるタングステンダイバータ表面のナノ構造が高温で消失する様子を上手く再現できないという新たな課題が見つかった。その原因として、高温時の原子のゆらぎにより原子の感じる移動障壁エネルギーが実効的に低下する効果に着目した。そこで、オンザフライKMCのうち、局所分子動力学(MD)による移動障壁エネルギーの算出の部分において、ジャルジンスキー等式を利用することで自由エネルギーの障壁を求める計算手法を開発した。移動障壁エネルギーから自由エネルギーの障壁に替わることで、有限温度でのゆらぎの効果が考慮されたことになる。実際に有限温度効果(ゆらぎの効果)を入れたオンザフライKMC計算を行ったところ、ナノ構造が高温で消失する様子を上手く再現することができた。本成果については年度末の国際会議ISPLASMA2022にて発表を行った。

The interaction between particles and solid matter is necessary for understanding. The competition between these phenomena is necessary for the description of events in time and in violation of the law. The reason for the extreme density difference of solids is that The problem is real, the problem is real. This study focuses on the diffusion and movement of atoms and structural changes in the surface and interior of materials, and the development of FlyAM (KMC) for long periods of time. Yesterday, the law of separation was developed, and the physical conditions were changed. This year's research has been conducted under the condition of nuclear fusion, and the structure of the surface has disappeared under high temperature. The reason for this is that the atom's temperature at high temperatures is high, the atom's temperature is high, the mobile barrier is high, and the effect is low. A computational method for calculating the barrier of free evolution is developed by using the equations of molecular dynamics (MD). Moving barriers, free barriers, finite temperature barriers and effects are considered. In practice, finite temperature effects are included in KMC calculations. This achievement was launched at the International Conference ISPLASMA2022 at the end of the year.

项目成果

期刊论文数量（24）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

研究代表者のWebページ

研究代表的网页

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

プラズマ照射下の空間ミクロかつ時間マクロな構造変化の再現計算への挑戦

在等离子体辐照下重现空间微观和时间宏观结构变化的挑战

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Katsunori Ikeda;Katsuyoshi Tsumori;Haruhisa Nakano,Kenichi Nagaoka;Yutaka Fujiwara;Yasuhiko Takeiri;Shingo Masaki;Engrhyt Rattanawongnara;Masaki Osakabe;伊藤篤史
通讯作者：
伊藤篤史

Two-body Potential for Atomic Collision in Plasma-Material Interaction

等离子体-材料相互作用中原子碰撞的二体势

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
伊藤篤史;高山有道;中村浩章;Atsushi M. Ito
通讯作者：
Atsushi M. Ito

Realistic timescale simulation for helium plasma induced tungsten nanostructure formation by multi-hybrid simulation

通过多重混合模拟对氦等离子体诱导钨纳米结构形成进行真实的时间尺度模拟

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Atsushi M. Ito;Arimichi Takayama;Hiroaki Nakamura
通讯作者：
Hiroaki Nakamura

プラズマ-物質科学におけるシミュレーションと情報科学の協同とは

等离子体材料科学中的模拟与信息科学之间的合作是什么？

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Haruhisa Nakano;Shingo Masaki;Katsuyoshi Tsumori;Masaki Osakabe;Katsunori Ikeda;Yasuhiko Takeiri;Engrhyt Rattanawongnara;Kenichi Nagaoka;伊藤篤史
通讯作者：
伊藤篤史