EMSES-tutorials

初回チュートリアル（EMSES 起動まで）

以下の手順に従って、京大スパコン camphor 上で EMSES を実行できる状態にしてください。

1. 開発環境の準備

目的: VSCode からリモートでスパコンに接続できるようにする。

VSCode を起動し、拡張機能 Remote-SSH をインストール
京大スパコン camphor にログイン
TERMINAL を開く

2. 環境設定と EMSES の導入

目的: データ領域を確保し、依存環境と EMSES をインストール。

# データ領域の確保
mkdir /LARGE0/gr20001/$USER
ln -s /LARGE0/gr20001/$USER ~/large0

# .bashrc に環境変数を追記
grep -qxF 'module load intel-python' ~/.bashrc || echo 'module load intel-python' >> ~/.bashrc
grep -qxF 'export PATH="$PATH:$HOME/.local/bin"' ~/.bashrc || echo 'export PATH="$PATH:$HOME/.local/bin"' >> ~/.bashrc

exec $SHELL -l

# EMSES (MPIEMSES3D) の導入
mkdir ~/large0/Github
cd ~/large0/Github
git clone https://github.com/CS12-Laboratory/MPIEMSES3D.git
cd MPIEMSES3D
make

# チュートリアルリポジトリの導入
cd ~/large0/Github
git clone https://github.com/CS12-Laboratory/EMSES-tutorials.git
cd EMSES-tutorials
pip install -r requirements.txt

# VSCode で開く
code --reuse-window ~/large0/Github/EMSES-tutorials

3. 実行準備

目的: 実行ファイルを配置してジョブを投げられる状態にする。

実行ファイルのコピー

cp ~/large0/Github/MPIEMSES3D/bin/mpiemses3D dshield0/
cp ~/large0/Github/MPIEMSES3D/bin/mpiemses3D dshield1/
cp ~/large0/Github/MPIEMSES3D/bin/mpiemses3D dshield2/

dshield0 ディレクトリでテスト実行

cd ~/large0/Github/EMSES-tutorials/dshield0
mysbatch job.sh

※ mysbatch: plasma.inp の nodes(:) を読み取り、job.sh にプロセス数を設定して sbatch を実行するカスタムコマンド（camptools）。

4. ジョブの確認と管理

実行状況確認

qs        # 実行状況
squeue    # ジョブ一覧
qgroup    # 計算資源の空き状況
latestjob # 最新ジョブの log を tail

ジョブ削除: scancel <job-id>
標準出力: stdout.****.log
標準エラー: stderr.****.log

5. ジョブ終了の確認

squeue に表示がなければ完了
stdout/stderr ログ確認
可視化結果確認

6. 可視化

方法 1: .mypython/plot.py により PNG/GIF を生成例: phisp_2d_xy.png plot

方法 2: Jupyter Notebook (dshield0/plot_example.ipynb)

Python interpreter 設定

venv 利用例:

cd ~/large0
/usr/bin/python3.11 -m venv .venv
# 再インストール
~/large0/.venv/bin/python -m pip install -r ~/large0/Github/EMSES-tutorials/requirements.txt
~/large0/.venv/bin/python -m pip install -U emout

VSCode で ~/large0/.venv/bin/python を選択

もしくは camphor の Intel-Python を指定 /opt/system/app/intelpython/2024.2.0/bin/python

select-interpreter

参考資料
- emout 可視化ライブラリ
- サンプルコード

7. シミュレーション拡張

実行時間を延長 dshield0/plasma.inp 内の nstep=100 → 大きな値へ変更
他設定の実行 dshield1 / dshield2 の plasma.inp を確認し、実行比較
可視化と考察 dshield0 と同様に出力を確認・議論

8. 結果の事前予想

ds0: 真空中の負電荷
ds1: 密度 107/cm³・温度 3 eV のプラズマ中
ds2: ds1 の 1/16 の密度

Q1. ds0 の電位分布は？ Q2. ds1 での違いは？ Q3. ds1 で電子・イオンは？ Q4. ds2 での違いは？ Q5. 温度変化の影響は？

9. 練習課題

dshield0～2 を実行・可視化
予想と結果を比較し、差異の理由を考察
注意: ds0 可視化時は wp=0.0d0 だと emout が動作しないため、plasma.inp に wp=1.0d0 等を設定

10. 学習の進め方

実行がうまくいかない場合はまず M1 の先輩へ相談
先生に質問する際は以下を明記：
1. 先輩に質問した内容
2. その回答
3. 回答に基づき試したこと
4. 未解決部分
最低限確認すべき出力: 電子密度（nd1p）、イオン密度（nd2p）、電位分布（phisp）
B4 メンバー間で議論し、次回チュートリアルで考察内容を共有

参考資料

京大スパコン利用マニュアル（要認証）
神大スパコン利用マニュアル
Miyake & Usui (2009), Phys. Plasmas, 16, 062904. https://doi.org/10.1063/1.3147922
三宅他 (2019), 混相流, 33(3), 258–266. https://doi.org/10.3811/jjmf.2019.T011
Lapenta, PIC Methods for Space Weather, PSC Project. http://fishercat.sr.unh.edu/psc/_downloads/lapenta.pdf
松本, pCANS ドキュメント, 千葉大 CANS プロジェクト. http://www.astro.phys.s.chiba-u.ac.jp/pcans/
過去の修論・卒論

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