يتلامس جزء واحد من الوعاء الفراغي (المادة المواجهة للبلازما) لجهاز الاندماج التجريبي ومفاعل الاندماج المستقبلي مع البلازما. عندما تدخل أيونات البلازما إلى المادة، تصبح تلك الجزيئات ذرة محايدة وتبقى داخل المادة. وإذا شوهدت من الذرات التي تتكون منها المادة فإن أيونات البلازما التي دخلت إليها تصبح ذرات نجاسة. تهاجر ذرات الشوائب ببطء في المسافات البينية بين الذرات التي تتكون منها المادة، وفي النهاية تنتشر داخل المادة. ومن ناحية أخرى، تعود بعض ذرات الشوائب إلى السطح وتنبعث مرة أخرى إلى البلازما. من أجل الحبس المستقر لبلازما الاندماج، يصبح التوازن بين تغلغل أيونات البلازما في المادة وإعادة انبعاث ذرات الشوائب بعد الهجرة من داخل المادة في غاية الأهمية.

لقد تم توضيح مسار هجرة ذرات الشوائب داخل المواد ذات البنية البلورية المثالية بشكل جيد في العديد من الأبحاث. ومع ذلك، فإن المواد الفعلية لها هياكل متعددة البلورات، ومن ثم لم يتم توضيح مسارات الهجرة في المناطق الحدودية للحبوب بعد. علاوة على ذلك، في المادة التي تلامس البلازما بشكل مستمر، يتم كسر البنية البلورية بسبب التوغل المفرط لأيونات البلازما. لم يتم فحص مسارات هجرة ذرات الشوائب داخل مادة ذات بنية بلورية مضطربة بشكل كافٍ.

نجح الفريق البحثي للبروفيسور أتسوشي إيتو، من المعاهد الوطنية للعلوم الطبيعية NIFS، في تطوير طريقة للبحث التلقائي والسريع فيما يتعلق بمسارات الهجرة في المواد ذات الهندسة الذرية العشوائية من خلال الديناميكيات الجزيئية والحسابات المتوازية في الكمبيوتر العملاق. أولاً، يقومون بإزالة عدد كبير من المجالات الصغيرة التي تغطي المادة بأكملها.

داخل كل مجال صغير يقومون بحساب مسارات هجرة ذرات الشوائب من خلال الديناميات الجزيئية. سيتم الانتهاء من حسابات المجالات الصغيرة هذه في وقت قصير لأن حجم المجال صغير وعدد الذرات المراد معالجتها ليس كثيرًا. نظرًا لأنه يمكن إجراء الحسابات في كل مجال صغير بشكل مستقل، يتم إجراء الحسابات بالتوازي باستخدام الكمبيوتر العملاق NIFS ومحاكي البلازما ونظام الكمبيوتر العملاق HELIOS في مركز المحاكاة الحسابية التابع للمركز الدولي لأبحاث طاقة الاندماج (IFERC-CSC)، أوموري، اليابان. في محاكي البلازما، نظرًا لإمكانية استخدام 70.000 نواة لوحدة المعالجة المركزية، يمكن إجراء حسابات متزامنة لأكثر من 70.000 نطاق. من خلال الجمع بين جميع النتائج الحسابية من المجالات الصغيرة، يتم الحصول على مسارات الهجرة عبر المادة بأكملها.

تختلف طريقة الموازاة هذه للكمبيوتر الفائق عن تلك المستخدمة غالبًا، وتسمى MPMD3) من نوع المتوازية. في NIFS، تم اقتراح طريقة محاكاة تستخدم بشكل فعال الموازاة من نوع MPMD. ومن خلال الجمع بين الموازاة والأفكار الحديثة المتعلقة بالأتمتة، فقد توصلوا إلى طريقة بحث تلقائية عالية السرعة لمسار الترحيل.

باستخدام هذه الطريقة، يصبح من الممكن البحث بسهولة في مسار هجرة ذرات الشوائب عن المواد الفعلية التي لها حدود حبيبية بلورية أو حتى المواد التي يصبح تركيبها البلوري مضطربًا بسبب الاتصال الطويل الأمد بالبلازما. من خلال دراسة سلوك الهجرة الجماعية لذرات الشوائب داخل المادة بناءً على المعلومات المتعلقة بمسار الهجرة هذا، يمكننا تعميق معرفتنا فيما يتعلق بتوازن الجسيمات داخل البلازما والمادة. وبالتالي من المتوقع حدوث تحسينات في حبس البلازما.

تم تقديم هذه النتائج في مايو 2016 في المؤتمر الدولي الثاني والعشرين للتفاعل السطحي للبلازما (PSI 22)، وسيتم نشرها في مجلة المواد النووية والطاقة.