Jedan dio vakuumske posude (materijal prema plazmi) fuzijskog eksperimentalnog uređaja i budućeg fuzijskog reaktora dolazi u kontakt sa plazmom. Kada joni plazme uđu u materijal, te čestice postaju neutralni atom i ostaju unutar materijala. Ako se gleda iz atoma koji čine materijal, ioni plazme koji su ušli postaju atomi nečistoće. Atomi nečistoće polako migriraju u međuprostorima između atoma koji sačinjavaju materijal i na kraju difundiraju unutar materijala. S druge strane, neki atomi nečistoće se vraćaju na površinu i ponovo se emituju u plazmu. Za stabilno zatvaranje fuzijske plazme, ravnoteža između prodora jona plazme u materijal i ponovne emisije atoma nečistoća nakon migracije iz unutrašnjosti materijala postaje izuzetno važna.

Put migracije atoma nečistoća unutar materijala sa idealnom kristalnom strukturom dobro je razjašnjen u mnogim istraživanjima. Međutim, stvarni materijali imaju polikristalnu strukturu, a putevi migracije u graničnim područjima zrna još nisu bili razjašnjeni. Nadalje, u materijalu koji kontinuirano dodiruje plazmu, kristalna struktura je slomljena zbog pretjeranog prodora jona plazme. Putevi migracije atoma nečistoća unutar materijala s neuređenom kristalnom strukturom nisu bili dovoljno ispitani.

Istraživačka grupa profesora Atsushi Itoa, sa Nacionalnog instituta za prirodne nauke NIFS, uspjela je da razvije metodu za automatsku i brzu pretragu puteva migracije u materijalima proizvoljne geometrije atoma kroz molekularnu dinamiku i paralelne proračune u superkompjuteru. Prvo, uklanjaju veliki broj malih domena koji pokrivaju čitav materijal.

Unutar svake male domene oni izračunavaju puteve migracije atoma nečistoća kroz molekularnu dinamiku. Ti proračuni malih domena će biti gotovi za kratko vrijeme jer je veličina domena mala, a broj atoma koji se tretiraju nije veliki. Budući da se proračuni u svakoj maloj domeni mogu izvoditi nezavisno, proračuni se izvode paralelno pomoću NIFS superkompjutera, plazma simulatora i superkompjuterskog sistema HELIOS u Centru za računarsku simulaciju Međunarodnog istraživačkog centra fuzijske energije (IFERC-CSC), Aomori, Japan. Na Plasma Simulatoru, jer je moguće koristiti 70.000 CPU jezgara, mogu se vršiti istovremeni proračuni preko 70.000 domena. Kombinacijom svih rezultata proračuna iz malih domena, dobijaju se putevi migracije preko cijelog materijala.

Takav metod paralelizacije superračunara razlikuje se od onog koji se često koristi, a naziva se paralelizacija tipa MPMD3). U NIFS-u je predložena metoda simulacije koja efikasno koristi paralelizaciju tipa MPMD. Kombinacijom paralelizacije sa nedavnim idejama u vezi automatizacije, došli su do brzog automatskog načina pretraživanja za put migracije.

Koristeći ovu metodu, postaje moguće lako pretražiti put migracije atoma nečistoća za stvarne materijale koji imaju granice kristalnog zrna ili čak materijale čija kristalna struktura postaje poremećena dugotrajnim kontaktom sa plazmom. Istražujući ponašanje kolektivne migracije atoma nečistoća unutar materijala na osnovu informacija o ovoj putanji migracije, možemo produbiti naše znanje o ravnoteži čestica unutar plazme i materijala. Stoga se predviđaju poboljšanja u zatvaranju plazme.

Ovi rezultati su predstavljeni u maju 2016. na 22. međunarodnoj konferenciji o interakciji površine plazme (PSI 22), a biće objavljeni u časopisu Nuclear Materials and Energy.