Una part del recipient de buit (el material orientat al plasma) del dispositiu experimental de fusió i del futur reactor de fusió entra en contacte amb el plasma. Quan els ions de plasma entren al material, aquestes partícules es converteixen en un àtom neutre i es queden dins del material. Si es veuen des dels àtoms que componen el material, els ions de plasma que hi van entrar es converteixen en àtoms d'impuresa. Els àtoms d'impuresa migren lentament en els espais entre els àtoms que componen el material i, finalment, es difonen dins del material. D'altra banda, alguns àtoms d'impureses tornen a la superfície i tornen a emetre's al plasma. Per al confinament estable del plasma de fusió, l'equilibri entre la penetració d'ions de plasma al material i la reemissió d'àtoms d'impureses després de la migració des de l'interior del material esdevé extremadament important.

El camí de migració dels àtoms d'impureses dins de materials amb estructura cristal·lina ideal ha estat ben dilucidat en moltes investigacions. No obstant això, els materials reals tenen estructures policristalines i, aleshores, els camins de migració a les regions de límit de gra encara no s'havien aclarit. A més, en un material que toca contínuament el plasma, l'estructura cristal·lina es trenca a causa de la incursió excessiva d'ions de plasma. Els camins de migració dels àtoms d'impuresa dins d'un material amb una estructura cristal·lina desordenada no s'havien examinat prou.

El grup de recerca del professor Atsushi Ito, de l'Institut Nacional de Ciències Naturals NIFS, ha aconseguit desenvolupar un mètode per a la recerca automàtica i ràpida de camins de migració en materials amb geometria atòmica arbitrària mitjançant dinàmica molecular i càlculs paral·lels en un superordinador. En primer lloc, treuen un gran nombre de petits dominis que cobreixen tot el material.

Dins de cada petit domini calculen els camins de migració dels àtoms d'impureses mitjançant la dinàmica molecular. Aquests càlculs de dominis petits s'acabaran en poc temps perquè la mida del domini és petita i el nombre d'àtoms a tractar no és massa. Com que els càlculs de cada petit domini es poden realitzar de manera independent, els càlculs es realitzen en paral·lel mitjançant el superordinador NIFS, el simulador de plasma i el sistema de superordinador HELIOS al Centre de simulació computacional del Centre Internacional de Recerca d'Energia de Fusió (IFERC-CSC), Aomori, Japó. Al simulador de plasma, com que és possible utilitzar 70.000 nuclis de CPU, es poden realitzar càlculs simultanis sobre 70.000 dominis. Combinant tots els resultats del càlcul dels petits dominis, s'obtenen els camins de migració sobre tot el material.

Aquest mètode de paral·lelització de superordinador difereix del que s'utilitza sovint i s'anomena paral·lelització de tipus MPMD3). A NIFS, s'havia proposat un mètode de simulació que utilitza efectivament la paral·lelització de tipus MPMD. En combinar la paral·lelització amb idees recents sobre l'automatització, han arribat a un mètode de cerca automàtica d'alta velocitat per al camí de migració.

Mitjançant l'ús d'aquest mètode, és possible cercar fàcilment el camí de migració dels àtoms d'impureses per a materials reals que tenen límits de gra de cristall o fins i tot materials dels quals l'estructura cristal·lina es desordena pel contacte de llarga durada amb el plasma. Investigant el comportament de la migració col·lectiva d'àtoms d'impureses dins del material a partir de la informació sobre aquest camí de migració, podem aprofundir en el nostre coneixement sobre l'equilibri de partícules dins del plasma i del material. Així, es preveuen millores en el confinament del plasma.

Aquests resultats es van presentar el maig de 2016 a la 22a Conferència Internacional sobre Interacció amb la Superfície del Plasma (PSI 22) i es publicaran a la revista Nuclear Materials and Energy.