Միաձուլման փորձարարական սարքի և ապագա միաձուլման ռեակտորի վակուումային նավի (պլազմային երեսպատման նյութի) մի մասը շփվում է պլազմայի հետ: Երբ պլազմայի իոնները մտնում են նյութի մեջ, այդ մասնիկները դառնում են չեզոք ատոմ և մնում նյութի ներսում։ Եթե ​​նկատվում է նյութը կազմող ատոմներից, ներթափանցած պլազմայի իոնները դառնում են կեղտոտ ատոմներ: Աղտոտվածության ատոմները դանդաղորեն գաղթում են միջտարածություններով՝ նյութը կազմող ատոմների միջև և, ի վերջո, դրանք ցրվում են նյութի ներսում: Մյուս կողմից, որոշ կեղտի ատոմներ վերադառնում են մակերես և կրկին արտանետվում պլազմա: Միաձուլման պլազմայի կայուն սահմանափակման համար չափազանց կարևոր է դառնում նյութի մեջ պլազմայի իոնների ներթափանցման և նյութի ներսից ներգաղթից հետո կեղտոտ ատոմների վերարտադրման միջև հավասարակշռությունը:

Իդեալական բյուրեղային կառուցվածք ունեցող նյութերի ներսում անմաքրության ատոմների միգրացիոն ուղին լավ պարզաբանված է բազմաթիվ հետազոտություններում: Այնուամենայնիվ, փաստացի նյութերն ունեն բազմաբյուրեղ կառուցվածք, և այնուհետև հացահատիկի սահմանային շրջաններում միգրացիոն ուղիները դեռևս հստակեցված չեն: Ավելին, նյութում, որը անընդհատ դիպչում է պլազմային, բյուրեղային կառուցվածքը կոտրվում է պլազմայի իոնների ավելորդ ներթափանցման պատճառով: Բյուրեղային խանգարված կառուցվածք ունեցող նյութի ներսում աղտոտվածության ատոմների միգրացիոն ուղիները բավականաչափ ուսումնասիրված չէին:

Բնական գիտությունների ազգային ինստիտուտի NIFS պրոֆեսոր Ացուշի Իտոյի հետազոտական ​​խմբին հաջողվել է մշակել ավտոմատ և արագ որոնման մեթոդ՝ կապված ատոմների կամայական երկրաչափություն ունեցող նյութերի միգրացիոն ուղիների հետ՝ մոլեկուլային դինամիկայի և զուգահեռ հաշվարկների միջոցով սուպերհամակարգչում: Նախ, նրանք դուրս են բերում բազմաթիվ փոքր տիրույթներ, որոնք ծածկում են ամբողջ նյութը:

Յուրաքանչյուր փոքր տիրույթի ներսում նրանք հաշվարկում են անմաքրության ատոմների միգրացիոն ուղիները մոլեկուլային դինամիկայի միջոցով: Փոքր տիրույթների այդ հաշվարկները կավարտվեն կարճ ժամանակում, քանի որ տիրույթի չափը փոքր է, իսկ մշակվող ատոմների թիվը՝ շատ։ Քանի որ յուրաքանչյուր փոքր տիրույթում հաշվարկները կարող են իրականացվել ինքնուրույն, հաշվարկները կատարվում են զուգահեռ՝ օգտագործելով NIFS սուպերհամակարգիչը, պլազմային սիմուլյատորը և HELIOS գերհամակարգչային համակարգը Ֆյուզիոն էներգիայի միջազգային հետազոտական ​​կենտրոնի (IFERC-CSC), Աոմորիի հաշվողական մոդելավորման կենտրոնում: Ճապոնիա. Պլազմայի սիմուլյատորի վրա, քանի որ հնարավոր է օգտագործել 70,000 պրոցեսորի միջուկներ, կարող են միաժամանակյա հաշվարկներ կատարել ավելի քան 70,000 տիրույթներում: Միավորելով փոքր տիրույթներից ստացված բոլոր հաշվարկների արդյունքները, ստացվում են միգրացիոն ուղիները ամբողջ նյութի վրա:

Սուպերհամակարգչի նման զուգահեռացման մեթոդը տարբերվում է հաճախ օգտագործվողից և կոչվում է MPMD3) տիպի զուգահեռացում։ NIFS-ում առաջարկվել է մոդելավորման մեթոդ, որն արդյունավետորեն օգտագործում է MPMD-ի տիպի զուգահեռացում: Համատեղելով զուգահեռացումը ավտոմատացման վերաբերյալ վերջին գաղափարների հետ՝ նրանք հասել են միգրացիոն ճանապարհի արագագործ ավտոմատ որոնման մեթոդի:

Օգտագործելով այս մեթոդը, հնարավոր է դառնում հեշտությամբ որոնել անմաքրության ատոմների միգրացիոն ուղին իրական նյութերի համար, որոնք ունեն բյուրեղային հատիկների սահմաններ կամ նույնիսկ այն նյութերը, որոնց բյուրեղային կառուցվածքը խախտվում է պլազմայի հետ երկարատև շփման արդյունքում: Ուսումնասիրելով նյութի ներսում աղտոտվածության ատոմների կոլեկտիվ միգրացիայի վարքագիծը՝ հիմնվելով այս միգրացիոն ճանապարհի վերաբերյալ տեղեկատվության վրա, մենք կարող ենք խորացնել մեր գիտելիքները պլազմայի և նյութի ներսում մասնիկների հավասարակշռության վերաբերյալ: Այսպիսով, ակնկալվում է պլազմայի մեկուսացման բարելավումներ:

Այս արդյունքները ներկայացվել են 2016 թվականի մայիսին պլազմայի մակերեսային փոխազդեցության 22-րդ միջազգային կոնֆերանսում (PSI 22) և կհրապարակվեն Nuclear Materials and Energy ամսագրում։