Een deel van die vakuumhouer (die plasma-aansigmateriaal) van die samesmeltings-eksperimentele toestel en toekomstige samesmeltingsreaktor kom in kontak met plasma. Wanneer die plasma-ione die materiaal binnedring, word daardie deeltjies 'n neutrale atoom en bly binne-in die materiaal. As dit gesien word van die atome wat die materiaal saamstel, word die plasma-ione wat binnegekom het, onsuiwerheidsatome. Die onsuiwerheidsatome migreer stadig in tussenruimtes tussen die atome wat die materiaal saamstel en uiteindelik diffundeer hulle binne-in die materiaal. Aan die ander kant keer sommige onsuiwerheidsatome terug na die oppervlak en word weer na die plasma vrygestel. Vir die stabiele opsluiting van fusieplasma word die balans tussen die penetrasie van plasma-ione in die materiaal en die heruitstraling van onsuiwerheidsatome na migrasie van binne die materiaal uiters belangrik.

Die migrasiepad van onreinheidatome binne materiale met ideale kristalstruktuur is goed toegelig in baie navorsing. Werklike materiale het egter polikristallyne strukture, en dan was migrasiepaaie in graangrensstreke nog nie uitgeklaar nie. Verder, in 'n materiaal wat voortdurend plasma raak, word die kristalstruktuur gebreek as gevolg van die oormatige inval van plasma-ione. Die migrasiepaaie van onsuiwerheidsatome binne 'n materiaal met 'n wanordelike kristalstruktuur is nie voldoende ondersoek nie.

Die navorsingsgroep van professor Atsushi Ito, van Nasionale Instituut vir Natuurwetenskappe NIFS, het daarin geslaag om 'n metode te ontwikkel vir outomatiese en vinnige soektog rakende migrasiepaaie in materiale met arbitrêre atoomgeometrie deur molekulêre dinamika en parallelle berekeninge in 'n superrekenaar. Eerstens neem hulle talle klein domeine uit wat die hele materiaal dek.

Binne elke klein domein bereken hulle die migrasiepaaie van onreinheidatome deur molekulêre dinamika. Daardie berekeninge van klein domeine sal binne 'n kort tyd voltooi wees omdat die grootte van die domein klein is en die aantal atome wat behandel moet word nie baie is nie. Omdat die berekeninge in elke klein domein onafhanklik uitgevoer kan word, word berekeninge parallel uitgevoer met behulp van die NIFS-superrekenaar, die plasmasimulator en die HELIOS-superrekenaarstelsel by die Computational Simulation Centre of International Fusion Energy Research Centre (IFERC-CSC), Aomori, Japan. Op die Plasma Simulator, omdat dit moontlik is om 70 000 SVE-kerns te gebruik, kan gelyktydige berekeninge van meer as 70 000 domeine uitgevoer word. Deur al die berekeningsresultate van die klein domeine te kombineer, word die migrasiepaaie oor die hele materiaal verkry.

So 'n parallelliseringsmetode van superrekenaar verskil van die een wat dikwels gebruik word, en word MPMD3)-tipe parallellisering genoem. By NIFS is 'n simulasiemetode voorgestel wat MPMD-tipe parallelisering effektief gebruik. Deur die parallelisering met onlangse idees rakende outomatisering te kombineer, het hulle by 'n hoëspoed outomatiese soekmetode vir die migrasiepad uitgekom.

Deur hierdie metode te gebruik, word dit moontlik om maklik die migrasiepad van onsuiwerheidsatome te soek vir werklike materiale wat kristalkorrelgrense het of selfs materiale waarvan die kristalstruktuur versteur raak deur langdurige kontak met plasma. Deur die gedrag van kollektiewe migrasie van onreinheidatome binne materiaal te ondersoek, gebaseer op inligting rakende hierdie migrasiepad, kan ons ons kennis met betrekking tot die partikelbalans binne die plasma en die materiaal verdiep. Verbeterings in plasma-opsluiting word dus verwag.

Hierdie resultate is in Mei 2016 by die 22ste Internasionale Konferensie oor Plasma-oppervlakinteraksie (PSI 22) aangebied en sal in die joernaal Nuclear Materials and Energy gepubliseer word.