Salah satu bagian dari bejana vakum (bahan yang menghadap plasma) dari perangkat eksperimen fusi dan reaktor fusi masa depan bersentuhan dengan plasma. Ketika ion plasma masuk ke dalam material, partikel tersebut menjadi atom netral dan tetap berada di dalam material. Jika dilihat dari atom-atom penyusun bahan tersebut, ion plasma yang masuk menjadi atom pengotor. Atom pengotor bermigrasi perlahan di sela-sela atom penyusun material dan akhirnya berdifusi di dalam material. Di sisi lain, beberapa atom pengotor kembali ke permukaan dan kembali dipancarkan ke plasma. Untuk pengurungan plasma fusi yang stabil, keseimbangan antara penetrasi ion plasma ke dalam material dan emisi kembali atom pengotor setelah migrasi dari dalam material menjadi sangat penting.

Jalur migrasi atom pengotor di dalam bahan dengan struktur kristal ideal telah dijelaskan dengan baik dalam banyak penelitian. Namun, material sebenarnya memiliki struktur polikristalin, dan jalur migrasi di daerah batas butir belum diklarifikasi. Selanjutnya, pada bahan yang terus menerus menyentuh plasma, struktur kristalnya rusak akibat masuknya ion plasma secara berlebihan. Jalur migrasi atom pengotor di dalam material dengan struktur kristal yang tidak teratur belum diteliti secara memadai.

Kelompok peneliti Profesor Atsushi Ito, dari National Institutes of Natural Sciences NIFS, telah berhasil mengembangkan metode pencarian otomatis dan cepat mengenai jalur migrasi pada material yang memiliki geometri atom sewenang-wenang melalui dinamika molekul dan perhitungan paralel di superkomputer. Pertama, mereka mengambil sejumlah domain kecil yang mencakup keseluruhan materi.

Di dalam setiap domain kecil mereka menghitung jalur migrasi atom pengotor melalui dinamika molekuler. Perhitungan domain kecil tersebut akan selesai dalam waktu singkat karena ukuran domain kecil dan jumlah atom yang akan diolah tidak banyak. Karena penghitungan di setiap domain kecil dapat dilakukan secara independen, penghitungan dilakukan secara paralel menggunakan superkomputer NIFS, Simulator Plasma, dan sistem superkomputer HELIOS di Pusat Simulasi Komputasi Pusat Penelitian Energi Fusion Internasional (IFERC-CSC), Aomori, Jepang. Pada Simulator Plasma, karena dimungkinkan untuk menggunakan 70.000 inti CPU, penghitungan simultan pada 70.000 domain dapat dilakukan. Menggabungkan seluruh hasil perhitungan dari domain kecil, diperoleh jalur migrasi ke seluruh materi.

Metode paralelisasi super komputer berbeda dari yang sering digunakan, dan disebut paralelisasi tipe MPMD3). Di NIFS, metode simulasi yang secara efektif menggunakan paralelisasi tipe MPMD telah diusulkan. Dengan menggabungkan paralelisasi dengan ide-ide terkini mengenai otomatisasi, mereka telah sampai pada metode pencarian otomatis berkecepatan tinggi untuk jalur migrasi.

Dengan memanfaatkan metode ini, jalur migrasi atom pengotor dapat dicari dengan mudah untuk bahan sebenarnya yang memiliki batas butiran kristal atau bahkan bahan yang struktur kristalnya menjadi tidak teratur akibat kontak jangka panjang dengan plasma. Menyelidiki perilaku migrasi kolektif atom-atom pengotor di dalam material berdasarkan informasi mengenai jalur migrasi ini, kita dapat memperdalam pengetahuan kita mengenai keseimbangan partikel di dalam plasma dan material. Oleh karena itu, perbaikan dalam kurungan plasma dapat diantisipasi.

Hasil ini dipresentasikan pada Mei 2016 di Konferensi Internasional ke-22 tentang Interaksi Permukaan Plasma (PSI 22), dan akan dipublikasikan di jurnal Bahan dan Energi Nuklir.