En del av vakuumbeholderen (materialet som vender mot plasma) til fusjonsforsøksenheten og fremtidige fusjonsreaktoren kommer i kontakt med plasma.Når plasmaionene kommer inn i materialet, blir disse partiklene et nøytralt atom og forblir inne i materialet.Sett fra atomene som utgjør materialet, blir plasmaionene som kommer inn til urenhetsatomer.Urenhetsatomene migrerer sakte i mellomrom mellom atomene som utgjør materialet, og til slutt diffunderer de inne i materialet.På den annen side går noen urenhetsatomer tilbake til overflaten og sendes ut igjen til plasmaet.For stabil inneslutning av fusjonsplasma blir balansen mellom penetrering av plasmaioner inn i materialet og re-emisjon av urenhetsatomer etter migrering fra innsiden av materialet ekstremt viktig.

Migrasjonsveien til urenhetsatomer inne i materialer med ideell krystallstruktur har blitt godt belyst i mange undersøkelser.Imidlertid har faktiske materialer polykrystallinske strukturer, og da var ikke migrasjonsveier i korngrenseområder avklart ennå.Videre, i et materiale som kontinuerlig berører plasma, brytes krystallstrukturen på grunn av overdreven inntrengning av plasmaioner.Migrasjonsbanene til urenhetsatomer inne i et materiale med en uordnet krystallstruktur var ikke undersøkt tilstrekkelig.

Forskergruppen til professor Atsushi Ito, ved National Institutes of Natural Sciences NIFS, har lykkes med å utvikle en metode for automatisk og hurtig søk angående migrasjonsveier i materialer med vilkårlig atomgeometri gjennom molekylær dynamikk og parallelle beregninger i en superdatamaskin.Først tar de ut en rekke små domener som dekker hele materialet.

Inne i hvert lite domene beregner de migrasjonsveiene til urenhetsatomer gjennom molekylær dynamikk.Disse beregningene av små domener vil bli ferdige i løpet av kort tid fordi størrelsen på domenet er liten og antallet atomer som skal behandles ikke er mange.Fordi beregningene i hvert lite domene kan utføres uavhengig, utføres beregninger parallelt ved hjelp av NIFS-superdatamaskinen, plasmasimulatoren og HELIOS-superdatamaskinsystemet ved Computational Simulation Center of International Fusion Energy Research Center (IFERC-CSC), Aomori, Japan.På Plasma Simulator, fordi det er mulig å bruke 70 000 CPU-kjerner, kan simultane beregninger over 70 000 domener utføres.Ved å kombinere alle beregningsresultatene fra de små domenene, oppnås migrasjonsveiene over hele materialet.

En slik parallelliseringsmetode for superdatamaskin skiller seg fra den som ofte brukes, og kalles MPMD3)-type parallellisering.Ved NIFS var det foreslått en simuleringsmetode som effektivt bruker MPMD-type parallellisering.Ved å kombinere parallelliseringen med nyere ideer om automatisering, har de kommet frem til en høyhastighets automatisk søkemetode for migrasjonsveien.

Ved å bruke denne metoden blir det mulig å lete etter urenhetsatomers migrasjonsvei etter faktiske materialer som har krystallkorngrenser eller til og med materialer hvis krystallstruktur blir forstyrret av langvarig kontakt med plasma.Ved å undersøke oppførselen til kollektiv migrasjon av urenhetsatomer inne i materiale basert på informasjon om denne migrasjonsveien, kan vi utdype vår kunnskap om partikkelbalansen inne i plasmaet og materialet.Det forventes således forbedringer i plasmainneslutning.

Disse resultatene ble presentert i mai 2016 på den 22. internasjonale konferansen om Plasma Surface Interaction (PSI 22), og vil bli publisert i tidsskriftet Nuclear Materials and Energy.