Fuusiokoelaitteen ja tulevan fuusioreaktorin tyhjiöastian osa (plasmaa vasten oleva materiaali) joutuu kosketuksiin plasman kanssa. Kun plasma-ionit tulevat materiaaliin, niistä tulee neutraaleja atomeja ja ne pysyvät materiaalin sisällä. Materiaalin muodostavista atomeista katsottuna sisään tulleista plasma-ioneista tulee epäpuhtausatomeja. Epäpuhtausatomit kulkeutuvat hitaasti materiaalin muodostavien atomien välitiloissa ja lopulta ne diffundoituvat materiaalin sisään. Toisaalta jotkut epäpuhtausatomit palaavat pintaan ja vapautuvat jälleen plasmaan. Fuusioplasman vakaan sulkemisen kannalta tasapaino plasma-ionien materiaaliin tunkeutumisen ja materiaalin sisältä kulkeutuneiden epäpuhtausatomien uudelleenemission välillä tulee erittäin tärkeäksi.

Epäpuhtausatomien kulkeutumisreitti ihanteellisen kiderakenteen omaavien materiaalien sisällä on selvitetty hyvin monissa tutkimuksissa. Varsinaiset materiaalit ovat kuitenkin monikiteisiä rakenteita, jolloin raerajojen kulkureittejä ei ollut vielä selvitetty. Lisäksi materiaalissa, joka jatkuvasti koskettaa plasmaa, kiderakenne rikkoutuu plasma-ionien liiallisesta tunkeutumisesta johtuen. Epäpuhtausatomien vaellusreittejä kiderakenteen häiriöttömän materiaalin sisällä ei ollut tutkittu riittävästi.

Professori Atsushi Iton tutkimusryhmä National Institutes of Natural Sciences NIFS:stä on onnistunut kehittämään menetelmän automaattiseen ja nopeaan kulkureittien etsintään mielivaltaisen atomigeometrian omaavissa materiaaleissa molekyylidynamiikan ja rinnakkaisten laskelmien avulla supertietokoneessa. Ensin ne ottavat lukuisia pieniä verkkotunnuksia, jotka kattavat koko materiaalin.

Jokaisen pienen alueen sisällä he laskevat epäpuhtausatomien vaellusreitit molekyylidynamiikan avulla. Nämä pienten domeenien laskelmat valmistuvat lyhyessä ajassa, koska alueen koko on pieni ja käsiteltävien atomien määrä on pieni. Koska jokaisen pienen alueen laskelmat voidaan suorittaa itsenäisesti, laskelmat suoritetaan rinnakkain käyttämällä NIFS-supertietokonetta, Plasma Simulator -supertietokonejärjestelmää ja HELIOS-supertietokonejärjestelmää Kansainvälisen fuusioenergian tutkimuskeskuksen (IFERC-CSC) laskennallisessa simulaatiokeskuksessa Aomorissa, Japani. Koska Plasma Simulatorissa on mahdollista käyttää 70 000 CPU-ydintä, voidaan suorittaa samanaikaisia ​​laskelmia yli 70 000 toimialueelta. Yhdistämällä kaikki pienten alueiden laskentatulokset saadaan koko materiaalin migraatiopolut.

Tällainen supertietokoneen rinnakkaismenetelmä eroaa usein käytetystä, ja sitä kutsutaan MPMD3)-tyyppiseksi rinnakkaiseksi. NIFS:ssä oli ehdotettu simulointimenetelmää, joka käyttää tehokkaasti MPMD-tyyppistä rinnakkaisua. Yhdistämällä rinnakkaisuuden uusimpiin automatisointiin liittyviin ideoihin he ovat päässeet nopeaan automaattiseen hakumenetelmään siirtymäpolulle.

Tätä menetelmää hyödyntämällä tulee mahdolliseksi etsiä helposti epäpuhtausatomien vaellusreitti todellisia materiaaleja, joilla on kideraerajoja tai jopa materiaaleja, joiden kiderakenne häiriintyy pitkäaikaisessa plasmakontaktissa. Tutkimalla epäpuhtausatomien kollektiivisen kulkeutumisen käyttäytymistä materiaalin sisällä tätä vaellusreittiä koskevien tietojen perusteella voimme syventää tietoamme plasman ja materiaalin sisällä olevasta hiukkastasapainosta. Näin ollen plasman eristävyyden paranemista odotetaan.

Nämä tulokset esiteltiin toukokuussa 2016 22. International Conference on Plasma Surface Interaction (PSI 22) -konferenssissa, ja ne julkaistaan ​​Nuclear Materials and Energy -lehdessä.