深層学習による分子動力学を基盤とする複合照射条件下リサイクリングモデルの開発

利用深度学习开发基于分子动力学的复杂辐照条件下的回收模型

基本信息

批准号：
22K03572
负责人：
齋藤誠紀
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

実際の核融合炉では、重水素・三重水素・ヘリウムが同時に炉壁に照射される。特にヘリウムは、タングステン壁に蓄積し、nmからμmオーダーの直径の気泡構造（ヘリウムバブル）を形成する。原型炉等の周辺プラズマ挙動を理解するためには、ヘリウムバブル形成下における水素リサイクリング過程の理解も重要である。また、入射エネルギー・入射角・材料温度などの多様なパラメータをカバーするモデルの開発が必要となる。しかし、膨大なパラメータ域を分子動力学モデルのみで網羅することは計算コストの観点から現実的ではない。そこで、本研究では、照射条件および材料条件を入力とし、放出粒子情報を出力とする深層学習モデルを分子動力学モデルから構築する。さらに、中性粒子輸送コードからリアルタイムに呼び出し可能なインターフェースを整え、複合的で動的に変化する照射条件下での水素リサイクリング過程を中性粒子輸送コードに境界条件として提供するモデルの開発を目指す。今年度は、既に開発が完了していた炭素壁の場合をターゲットに、分子動力学方によって得られた放出原子・分子の分布を機械学習し、計算していないパラメータの分布を予測できる深層学習モデルの構築に取り組んだ。入射エネルギー・材料温度等・H/Cの値を入力として全結合型ニューラルネットワークで結合し、さらに、標的材中水素原子の2次元分布を畳み込みニューラルネットワークで結合し、放出原子・分子の分布を予測する。反射原子の分布をある程度の精度で予測できることを確認した。

在实际的聚变反应堆中，氘、氚和氦同时照射到反应堆壁上。特别是，氦气积聚在钨壁上，形成直径为纳米至微米量级的气泡结构（氦气泡）。为了了解 DEMO 反应器等中外围等离子体的行为，了解氦气泡形成下的氢气回收过程非常重要。此外，有必要开发一个涵盖入射能量、入射角和材料温度等各种参数的模型。然而，从计算成本的角度来看，仅用分子动力学模型覆盖巨大的参数范围是不现实的。因此，在本研究中，我们将从分子动力学模型构建深度学习模型，以辐照条件和材料条件作为输入，发射粒子信息作为输出。此外，我们将创建一个可以从中性粒子输运代码实时调用的接口，并开发一个模型，将复杂且动态变化的辐照条件下的氢回收过程提供给中性粒子输运代码作为边界条件。。今年，我们针对已经开发出来的碳墙案例，利用机器学习分析利用分子动力学获得的发射原子和分子的分布，并利用深度学习预测未计算参数的分布进行了构建。模型。使用全连接神经网络输入并组合入射能量、材料温度等以及H/C值，进一步使用卷积神经网络组合目标材料中氢原子的二维分布。确定发射的原子和分子的分布。我们证实可以以一定的精度预测反射原子的分布。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Measurement of DNA length on video of fluorescence microscope by pix2pix trained by molecular dynamics simulation

通过分子动力学模拟训练的pix2pix在荧光显微镜视频上测量DNA长度

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
Journal of Advanced Simulation in Science and Engineering
影响因子：
0.5
作者：
S. Saito;A. Kobashi;H. Miura;H. Nakamura;T. Kenmotsu;Y. Oya;and Y. Hatano
通讯作者：
and Y. Hatano

Damages of DNA in tritiated water

氚水中DNA的损伤

DOI：
10.1016/bs.enz.2022.08.009
发表时间：
2022
期刊：
The Enzimes: DNA Damage and Double Strand Breaks Part A
影响因子：
0
作者：
Y. Hatano;H. Nakamura;S. Fujiwara;S. Seiki;T. Kenmotsu
通讯作者：
T. Kenmotsu

Image processing for analyzing the number of DNA breaks using deep learning

使用深度学习进行图像处理来分析 DNA 断裂数量

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Nakamura;S. Saito;T. Sawada;K. Sawada;G. Kawamura;M. Kobayashi;and M. Hasuo;Seiki Saito;Seiki Saito
通讯作者：
Seiki Saito

小特集：プラズマ-壁相互作用研究におけるシミュレーションと機械学習

特色：等离子体-壁相互作用研究中的模拟和机器学习

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
シミュレーション
影响因子：
0
作者：
S. Saito;A. Kobashi;H. Miura;H. Nakamura;T. Kenmotsu;Y. Oya;and Y. Hatano;齋藤誠紀，中村浩章，澤田圭司，高三和己
通讯作者：
齋藤誠紀，中村浩章，澤田圭司，高三和己

分子動力学に基づく水素リサイクリングモデルの原型炉への適用

基于分子动力学的氢气回收模型在DEMO反应器中的应用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Nakamura;S. Saito;T. Sawada;K. Sawada;G. Kawamura;M. Kobayashi;and M. Hasuo;Seiki Saito;Seiki Saito;Seiki Saito;齋藤誠紀
通讯作者：
齋藤誠紀