Термоядролық тәжірибелік құрылғының және болашақ термоядролық реактордың вакуумдық ыдысының бір бөлігі (плазмамен қапталған материал) плазмамен жанасады. Плазма иондары материалға енгенде, бұл бөлшектер бейтарап атомға айналады және материалдың ішінде қалады. Материалды құрайтын атомдардан көрінетін болса, енген плазма иондары қоспа атомдарына айналады. Қоспа атомдары материалды құрайтын атомдар арасындағы кеңістікте баяу қозғалады және ақырында олар материалдың ішінде диффузияланады. Екінші жағынан, кейбір қоспа атомдары бетіне қайта оралып, қайтадан плазмаға шығарылады. Біріктірілген плазманы тұрақты ұстау үшін плазма иондарының материалға енуі мен материалдың ішінен көшкеннен кейін қоспа атомдарының қайта шығарылуы арасындағы тепе-теңдік өте маңызды болады.

Идеал кристалдық құрылымы бар материалдардың ішіндегі қоспа атомдарының көшу жолы көптеген зерттеулерде жақсы түсіндірілді. Алайда, нақты материалдардың поликристалды құрылымдары бар, содан кейін астық шекарасындағы аймақтардағы миграциялық жолдар әлі нақтыланбаған. Әрі қарай плазмаға үздіксіз жанасып тұратын материалда плазма иондарының шамадан тыс енуіне байланысты кристалдық құрылым бұзылады. Кристалдық құрылымы ретсіз материалдың ішіндегі қоспа атомдарының көшу жолдары жеткілікті түрде зерттелмеген.

NIFS ұлттық жаратылыстану ғылымдары институтының профессоры Атсуши Итоның зерттеу тобы молекулалық динамика және суперкомпьютерде параллельді есептеулер арқылы еркін атом геометриясы бар материалдардағы миграциялық жолдарды автоматты және жылдам іздеу әдісін әзірлеуде табысқа жетті. Біріншіден, олар бүкіл материалды қамтитын көптеген шағын домендерді шығарады.

Әрбір шағын домен ішінде олар молекулалық динамика арқылы қоспа атомдарының көшу жолдарын есептейді. Кішігірім домендердің бұл есептеулері қысқа мерзімде аяқталады, өйткені домен өлшемі шағын және өңделетін атомдар саны көп емес. Әрбір шағын домендегі есептеулер дербес жүргізілуі мүмкін болғандықтан, есептеулер NIFS суперкомпьютері, плазмалық симулятор және HELIOS суперкомпьютер жүйесі арқылы Халықаралық термоядролық энергияны зерттеу орталығының (IFERC-CSC) есептеу модельдеу орталығында, Аомори, Жапония. Плазмалық симуляторда 70 000 процессор өзегін пайдалануға болатындықтан, 70 000 доменнен астам бір уақытта есептеулерді орындауға болады. Шағын домендердің барлық есептеу нәтижелерін біріктіре отырып, бүкіл материал бойынша тасымалдау жолдары алынады.

Супер компьютердің мұндай параллелизация әдісі жиі қолданылатын әдістен ерекшеленеді және MPMD3) типті параллелизация деп аталады. NIFS-те MPMD типті параллелизацияны тиімді пайдаланатын модельдеу әдісі ұсынылды. Параллелизацияны автоматтандыруға қатысты соңғы идеялармен біріктіре отырып, олар тасымалдау жолын жоғары жылдамдықты автоматты іздеу әдісіне жетті.

Бұл әдісті қолдану арқылы кристалдық түйіршік шекаралары бар нақты материалдар немесе тіпті плазмамен ұзақ байланыста кристалдық құрылымы бұзылатын материалдар үшін қоспа атомдарының миграциялық жолын оңай іздеуге болады. Осы көші-қон жолына қатысты ақпарат негізінде материал ішіндегі қоспа атомдарының ұжымдық миграциясының әрекетін зерттей отырып, біз плазмадағы және материалдағы бөлшектердің тепе-теңдігі туралы білімімізді тереңдете аламыз. Осылайша, плазмалық қамаудағы жақсартулар күтілуде.

Бұл нәтижелер 2016 жылдың мамыр айында 22-ші Халықаралық плазма бетінің өзара әрекеттесу конференциясында (PSI 22) ұсынылды және Nuclear Materials and Energy журналында жарияланады.