Една част от вакуумния съд (плазменият материал) на експерименталното термоядрено устройство и бъдещия термоядреен реактор влиза в контакт с плазмата.Когато плазмените йони навлизат в материала, тези частици стават неутрален атом и остават вътре в материала.Ако се гледа от атомите, които съставят материала, влезлите плазмени йони се превръщат в атоми на примеси.Примесните атоми мигрират бавно в междинните пространства между атомите, които съставляват материала и в крайна сметка дифундират вътре в материала.От друга страна, някои примесни атоми се връщат на повърхността и отново се излъчват в плазмата.За стабилното ограничаване на термоядрената плазма балансът между проникването на плазмените йони в материала и повторната емисия на примесни атоми след миграция от вътрешността на материала става изключително важен.

Пътят на миграцията на примесните атоми вътре в материали с идеална кристална структура е добре изяснен в много изследвания.Действителните материали обаче имат поликристални структури и след това пътищата на миграция в граничните региони на зърното все още не са изяснени.Освен това, в материал, който непрекъснато се докосва до плазма, кристалната структура се нарушава поради прекомерното нахлуване на плазмени йони.Пътищата на миграцията на примесните атоми вътре в материал с неподредена кристална структура не са били достатъчно изследвани.

Изследователската група на професор Ацуши Ито от Националния институт по природни науки NIFS успя да разработи метод за автоматично и бързо търсене по отношение на пътищата на миграция в материали с произволна атомна геометрия чрез молекулярна динамика и паралелни изчисления в суперкомпютър.Първо, те изваждат голям брой малки домейни, които покриват целия материал.

Вътре във всяка малка област те изчисляват миграционните пътища на примесните атоми чрез молекулярна динамика.Тези изчисления на малки домейни ще бъдат завършени за кратко време, тъй като размерът на домейна е малък и броят на атомите, които трябва да се третират, не е много.Тъй като изчисленията във всеки малък домейн могат да се извършват независимо, изчисленията се извършват паралелно с помощта на суперкомпютъра NIFS, плазмения симулатор и суперкомпютърната система HELIOS в Центъра за компютърни симулации на Международния изследователски център за термоядрена енергия (IFERC-CSC), Аомори, Япония.В Plasma Simulator, тъй като е възможно да се използват 70 000 CPU ядра, могат да се извършват едновременни изчисления над 70 000 домейна.Комбинирайки всички резултати от изчисленията от малките домейни, се получават пътищата на миграция върху целия материал.

Такъв метод за паралелизиране на суперкомпютри се различава от често използвания и се нарича паралелизиране от тип MPMD3).В NIFS беше предложен метод за симулация, който ефективно използва паралелизиране от тип MPMD.Чрез комбиниране на паралелизацията с последните идеи относно автоматизацията, те са стигнали до метод за високоскоростно автоматично търсене за пътя на миграцията.

Чрез използването на този метод става възможно лесното търсене на пътя на миграцията на примесните атоми за действителни материали, които имат граници на кристални зърна или дори материали, чиято кристална структура се нарушава от дълготраен контакт с плазмата.Изследвайки поведението на колективната миграция на атоми на примеси вътре в материала въз основа на информация относно този път на миграция, можем да задълбочим познанията си относно баланса на частиците вътре в плазмата и материала.По този начин се очакват подобрения в ограничаването на плазмата.

Тези резултати бяха представени през май 2016 г. на 22-рата международна конференция за взаимодействие на повърхността на плазмата (PSI 22) и ще бъдат публикувани в списанието Nuclear Materials and Energy.