Jedan dio vakuumske posude (materijal koji je okrenut prema plazmi) fuzijskog eksperimentalnog uređaja i budućeg fuzijskog reaktora dolazi u kontakt s plazmom. Kada ioni plazme uđu u materijal, te čestice postaju neutralni atom i ostaju unutar materijala. Gledano iz atoma koji sačinjavaju materijal, ioni plazme koji su ušli postaju atomi nečistoće. Atomi nečistoća polako migriraju u međuprostorima između atoma koji sačinjavaju materijal i na kraju difundiraju unutar materijala. S druge strane, neki atomi nečistoće vraćaju se na površinu i ponovno se emitiraju u plazmu. Za stabilno ograničenje fuzijske plazme, ravnoteža između prodiranja iona plazme u materijal i ponovne emisije atoma nečistoća nakon migracije iz unutrašnjosti materijala postaje izuzetno važna.

Migracijski put atoma nečistoća unutar materijala s idealnom kristalnom strukturom dobro je razjašnjen u mnogim istraživanjima. Međutim, stvarni materijali imaju polikristalnu strukturu, a tada migracijski putovi u graničnim područjima zrna još nisu razjašnjeni. Nadalje, u materijalu koji kontinuirano dodiruje plazmu, kristalna struktura je prekinuta zbog prekomjernog prodora iona plazme. Migracijski putevi atoma nečistoća unutar materijala s neuređenom kristalnom strukturom nisu bili dovoljno ispitani.

Istraživačka skupina profesora Atsushi Itoa iz Nacionalnog instituta za prirodne znanosti NIFS uspjela je razviti metodu za automatsku i brzu pretragu migracijskih staza u materijalima proizvoljne atomske geometrije putem molekularne dinamike i paralelnih izračuna u superračunalu. Prvo, izdvajaju veliki broj malih domena koje pokrivaju cijeli materijal.

Unutar svake male domene oni izračunavaju migracijske staze atoma nečistoća kroz molekularnu dinamiku. Ti izračuni malih domena bit će gotovi u kratkom vremenu jer je veličina domene mala, a broj atoma koje treba tretirati nije velik. Budući da se proračuni u svakoj maloj domeni mogu provoditi neovisno, proračuni se izvode paralelno pomoću superračunala NIFS, simulatora plazme i sustava superračunala HELIOS u Centru za računalne simulacije Međunarodnog centra za istraživanje energije fuzije (IFERC-CSC), Aomori, Japan. Na Plasma Simulatoru, budući da je moguće koristiti 70.000 CPU jezgri, mogu se izvršiti istovremeni izračuni preko 70.000 domena. Kombinirajući sve rezultate proračuna iz malih domena, dobivaju se migracijske staze preko cijelog materijala.

Takva metoda paralelizacije superračunala razlikuje se od one koja se često koristi, a naziva se paralelizacija tipa MPMD3). Na NIFS-u je predložena metoda simulacije koja učinkovito koristi paralelizaciju tipa MPMD. Kombinirajući paralelizaciju s nedavnim idejama o automatizaciji, došli su do brze automatske metode pretraživanja za put migracije.

Korištenjem ove metode, postaje moguće lako pretraživati ​​put migracije atoma nečistoća za stvarne materijale koji imaju granice kristalnih zrna ili čak materijale čija kristalna struktura postaje neuredna zbog dugotrajnog kontakta s plazmom. Istražujući ponašanje kolektivne migracije atoma nečistoća unutar materijala na temelju informacija o ovoj putanji migracije, možemo produbiti svoje znanje o ravnoteži čestica unutar plazme i materijala. Stoga se očekuju poboljšanja u zadržavanju plazme.

Ovi rezultati predstavljeni su u svibnju 2016. na 22. međunarodnoj konferenciji o površinskoj interakciji plazme (PSI 22), a bit će objavljeni u časopisu Nuclear Materials and Energy.