Kodolsintēzes eksperimentālās ierīces un topošā kodolsintēzes reaktora vakuuma trauka daļa (materiāls, kas vērsts pret plazmu) nonāk saskarē ar plazmu.Kad plazmas joni nonāk materiālā, šīs daļiņas kļūst par neitrālu atomu un paliek materiālā.Skatoties no atomiem, kas veido materiālu, iekļuvušie plazmas joni kļūst par piemaisījumu atomiem.Piemaisījumu atomi lēnām migrē starptelpās starp atomiem, kas veido materiālu, un galu galā tie izkliedējas materiāla iekšienē.No otras puses, daži piemaisījumu atomi atgriežas uz virsmas un atkal tiek emitēti plazmā.Stabilai kodolsintēzes plazmas norobežošanai ārkārtīgi svarīgs kļūst līdzsvars starp plazmas jonu iekļūšanu materiālā un piemaisījumu atomu atkārtotu emisiju pēc migrācijas no materiāla iekšpuses.

Daudzos pētījumos ir labi noskaidrots piemaisījumu atomu migrācijas ceļš materiālos ar ideālu kristāla struktūru.Tomēr faktiskajiem materiāliem ir polikristāliskas struktūras, un tad migrācijas ceļi graudu robežu reģionos vēl nebija noskaidroti.Turklāt materiālā, kas nepārtraukti pieskaras plazmai, kristāla struktūra ir salauzta pārmērīga plazmas jonu iekļūšanas dēļ.Piemaisījumu atomu migrācijas ceļi materiālā ar nesakārtotu kristāla struktūru nebija pietiekami izpētīti.

Profesora Atsushi Ito pētniecības grupai no Nacionālajiem dabaszinātņu institūtiem NIFS ir izdevies izstrādāt metodi automātiskai un ātrai migrācijas ceļu meklēšanai materiālos ar patvaļīgu atomu ģeometriju, izmantojot molekulāro dinamiku un paralēlus aprēķinus superdatorā.Pirmkārt, tie izņem daudzus mazus domēnus, kas aptver visu materiālu.

Katrā mazajā domēnā viņi aprēķina piemaisījumu atomu migrācijas ceļus, izmantojot molekulāro dinamiku.Šie mazo domēnu aprēķini tiks pabeigti īsā laikā, jo domēna izmērs ir mazs un apstrādājamo atomu skaits nav daudz.Tā kā aprēķinus katrā mazajā domēnā var veikt neatkarīgi, aprēķini tiek veikti paralēli, izmantojot NIFS superdatoru, plazmas simulatoru un HELIOS superdatoru sistēmu Starptautiskā kodolsintēzes enerģijas pētniecības centra (IFERC-CSC) skaitļošanas simulācijas centrā Aomori, Japāna.Plazmas simulatorā, jo ir iespējams izmantot 70 000 CPU kodolu, vienlaikus var veikt aprēķinus vairāk nekā 70 000 domēnu.Apvienojot visus aprēķinu rezultātus no mazajiem domēniem, tiek iegūti migrācijas ceļi visā materiālā.

Šāda superdatora paralēlizācijas metode atšķiras no bieži lietotās un tiek saukta par MPMD3) tipa paralelizāciju.NIFS tika piedāvāta simulācijas metode, kas efektīvi izmanto MPMD tipa paralēlizāciju.Apvienojot paralēlizāciju ar jaunākajām idejām par automatizāciju, viņi ir nonākuši pie ātrgaitas automātiskās meklēšanas metodes migrācijas ceļam.

Izmantojot šo metodi, kļūst iespējams viegli meklēt piemaisījumu atomu migrācijas ceļu reāliem materiāliem, kuriem ir kristāla graudu robežas, vai pat materiālus, kuru kristāla struktūra tiek traucēta ilgstošas ​​​​kontakta ar plazmu rezultātā.Izpētot piemaisījumu atomu kolektīvās migrācijas uzvedību materiālā, pamatojoties uz informāciju par šo migrācijas ceļu, mēs varam padziļināt savas zināšanas par daļiņu līdzsvaru plazmā un materiālā.Tādējādi ir sagaidāmi uzlabojumi plazmas norobežojumā.

Šie rezultāti tika prezentēti 2016. gada maijā 22. starptautiskajā konferencē par plazmas virsmas mijiedarbību (PSI 22), un tie tiks publicēti žurnālā Nuclear Materials and Energy.