Адна частка вакуумнай ёмістасці (матэрыял, які абліцоўвае плазму) тэрмаядзернай эксперыментальнай прылады і будучага тэрмаядзернага рэактара ўступае ў кантакт з плазмай.Калі іёны плазмы ўваходзяць у матэрыял, гэтыя часціцы становяцца нейтральнымі атамамі і застаюцца ўнутры матэрыялу.Калі разглядаць атамы, якія складаюць матэрыял, іёны плазмы, якія ўвайшлі, становяцца атамамі прымешак.Атамы прымешак павольна мігруюць у прамежках паміж атамамі, якія складаюць матэрыял, і ў канчатковым выніку яны дыфузіююць унутр матэрыялу.З іншага боку, некаторыя атамы прымешак вяртаюцца на паверхню і зноў выпраменьваюцца ў плазму.Для стабільнага ўтрымання тэрмаядзернай плазмы надзвычай важным становіцца баланс паміж пранікненнем іёнаў плазмы ў матэрыял і паўторным выкідам атамаў прымешак пасля міграцыі знутры матэрыялу.

Шлях міграцыі прымешкавых атамаў унутры матэрыялаў з ідэальнай крышталічнай структурай быў добра высветлены ў многіх даследаваннях.Аднак рэальныя матэрыялы маюць полікрышталічную структуру, і тады шляхі міграцыі ў памежных абласцях зерняў яшчэ не былі высветлены.Акрамя таго, у матэрыяле, які пастаянна датыкаецца з плазмай, крышталічная структура парушаецца з-за празмернага ўварвання іёнаў плазмы.Шляхі міграцыі прымешкавых атамаў унутры матэрыялу з неўпарадкаванай крышталічнай структурай вывучаны недастаткова.

Даследчая група прафесара Ацушы Іта з Нацыянальнага інстытута натуральных навук NIFS здолела распрацаваць метад аўтаматычнага і хуткага пошуку шляхоў міграцыі ў матэрыялах з адвольнай геаметрыяй атамаў з дапамогай малекулярнай дынамікі і паралельных вылічэнняў у суперкампутары.Па-першае, яны выдаляюць вялікую колькасць невялікіх даменаў, якія ахопліваюць увесь матэрыял.

Унутры кожнай невялікай вобласці яны вылічваюць шляхі міграцыі прымесных атамаў з дапамогай малекулярнай дынамікі.Гэтыя разлікі невялікіх даменаў будуць завершаны ў кароткі час, таму што памер дамена невялікі, а колькасць атамаў, якія трэба апрацаваць, невялікая.Паколькі разлікі ў кожнай невялікай вобласці могуць праводзіцца незалежна, разлікі выконваюцца паралельна з выкарыстаннем суперкампутара NIFS, плазменнага сімулятара і суперкампутарнай сістэмы HELIOS у Цэнтры вылічальнага мадэлявання Міжнароднага даследчага цэнтра тэрмаядзернай энергіі (IFERC-CSC), Ааморы, Японія.Паколькі ў Plasma Simulator можна выкарыстоўваць 70 000 ядраў працэсара, можна выконваць адначасовыя вылічэнні ў 70 000 даменах.Аб'ядноўваючы ўсе вынікі разлікаў з невялікіх даменаў, атрымліваюць шляхі міграцыі па ўсім матэрыяле.

Такі метад паралелізацыі суперкампутара адрозніваецца ад часта выкарыстоўванага і называецца паралелізацыяй тыпу MPMD3).У NIFS быў прапанаваны метад мадэлявання, які эфектыўна выкарыстоўвае паралелізацыю тыпу MPMD.Камбінуючы паралелізацыю з нядаўнімі ідэямі адносна аўтаматызацыі, яны прыйшлі да высакахуткаснага аўтаматычнага метаду пошуку шляху міграцыі.

Выкарыстоўваючы гэты метад, становіцца магчымым лёгка шукаць на шляху міграцыі прымешкавых атамаў фактычныя матэрыялы, якія маюць межы крышталічных зерняў, або нават матэрыялы, крышталічная структура якіх парушаецца ў выніку працяглага кантакту з плазмай.Даследуючы паводзіны калектыўнай міграцыі атамаў прымешак унутры матэрыялу на аснове інфармацыі аб гэтым шляху міграцыі, мы можам паглыбіць нашы веды адносна балансу часціц у плазме і матэрыяле.Такім чынам, чакаецца паляпшэнне ўтрымання плазмы.

Гэтыя вынікі былі прадстаўлены ў маі 2016 года на 22-й Міжнароднай канферэнцыі па ўзаемадзеянні паверхні плазмы (PSI 22) і будуць апублікаваны ў часопісе Nuclear Materials and Energy.