A fúziós kísérleti berendezés és a leendő fúziós reaktor vákuumtartályának egy része (a plazmaburkolatú anyag) érintkezésbe kerül a plazmával. Amikor a plazmaionok belépnek az anyagba, ezek a részecskék semleges atomokká válnak, és az anyag belsejében maradnak. Ha az anyagot alkotó atomokból nézzük, a bejutott plazmaionok szennyező atomokká válnak. A szennyező atomok lassan vándorolnak az anyagot alkotó atomok közötti terekben, és végül diffundálnak az anyagon belül. Másrészt néhány szennyező atom visszatér a felszínre, és ismét kibocsátódik a plazmába. A fúziós plazma stabil elzárása érdekében rendkívül fontossá válik az egyensúly a plazmaionok anyagba való behatolása és az anyag belsejéből történő migráció után a szennyező atomok újraemissziója között.

Az ideális kristályszerkezetű anyagokon belüli szennyező atomok vándorlási útját számos kutatás jól feltárta. A tényleges anyagok azonban polikristályos szerkezetűek, így a szemcsehatár-régiók migrációs utak még nem tisztázottak. Továbbá, egy olyan anyagban, amely folyamatosan érinti a plazmát, a kristályszerkezet megtörik a plazmaionok túlzott behatolása miatt. A rendezetlen kristályszerkezetű anyag belsejében lévő szennyező atomok migrációs útjait nem vizsgálták kellőképpen.

Atsushi Ito professzor, a National Institutes of Natural Sciences NIFS kutatócsoportjának sikerült kifejlesztenie egy módszert az önkényes atomgeometriájú anyagok migrációs útvonalainak automatikus és gyors keresésére molekuláris dinamikával és szuperszámítógépben végzett párhuzamos számításokkal. Először is számos kis tartományt vesznek ki, amelyek lefedik a teljes anyagot.

Az egyes kis tartományokon belül a szennyező atomok vándorlási útját a molekuláris dinamika segítségével számítják ki. A kis tartományokra vonatkozó számítások rövid időn belül elkészülnek, mivel a tartomány mérete kicsi és a kezelendő atomok száma nem sok. Mivel a számítások az egyes kis tartományokban egymástól függetlenül is elvégezhetők, a számításokat párhuzamosan végzik a NIFS szuperszámítógép, a Plasma Simulator és a HELIOS szuperszámítógép rendszer segítségével a Nemzetközi Fúziósenergia Kutatóközpont (IFERC-CSC) Számítási Szimulációs Központjában, Aomoriban. Japán. A Plasma Simulatoron, mivel 70 000 CPU mag használatára van lehetőség, több mint 70 000 tartomány egyidejű számítása végezhető el. A kis tartományokból származó összes számítási eredményt kombinálva megkapjuk a migrációs útvonalakat a teljes anyagon.

A szuperszámítógép ilyen párhuzamosítási módszere eltér a gyakran használttól, és ezt MPMD3) típusú párhuzamosításnak nevezik. Az NIFS-ben olyan szimulációs módszert javasoltak, amely hatékonyan használja az MPMD-típusú párhuzamosítást. A párhuzamosítást ötvözve az automatizálással kapcsolatos legújabb ötletekkel, elérkeztek egy nagy sebességű automatikus keresési módszerhez a migrációs útvonalhoz.

Ennek a módszernek a felhasználásával lehetővé válik a szennyező atomok migrációs útvonalának egyszerű megkeresése olyan tényleges anyagok után, amelyeknek kristályszemcsehatárai vannak, vagy akár olyan anyagok után is, amelyek kristályszerkezete a plazmával való hosszan tartó érintkezés következtében rendezetlenné válik. A szennyező atomok anyagon belüli kollektív vándorlásának viselkedését e migrációs útvonalra vonatkozó információk alapján vizsgálva elmélyíthetjük ismereteinket a plazmában és az anyagon belüli részecskeegyensúlyról. Így a plazmazáródás javulása várható.

Ezeket az eredményeket 2016 májusában mutatták be a 22. Nemzetközi Plazma Felszíni Kölcsönhatás Konferencián (PSI 22), és a Nuclear Materials and Energy folyóiratban teszik közzé.