Viena sintezės eksperimentinio prietaiso ir būsimo branduolių sintezės reaktoriaus vakuuminio indo dalis (plazma padengta medžiaga) liečiasi su plazma. Kai plazmos jonai patenka į medžiagą, šios dalelės tampa neutraliu atomu ir lieka medžiagos viduje. Žiūrint iš medžiagą sudarančių atomų, patekę plazmos jonai tampa priemaišų atomais. Priemaišų atomai lėtai migruoja tarpuose tarp atomų, sudarančių medžiagą, ir galiausiai jie pasklinda medžiagos viduje. Kita vertus, kai kurie priemaišų atomai grįžta į paviršių ir vėl išmetami į plazmą. Siekiant stabilaus sintezės plazmos izoliavimo, labai svarbu balansas tarp plazmos jonų prasiskverbimo į medžiagą ir priemaišų atomų pakartotinio išmetimo po migracijos iš medžiagos vidaus.

Priemaišų atomų migracijos kelias idealios kristalinės struktūros medžiagose buvo gerai išaiškintas daugelyje tyrimų. Tačiau tikrosios medžiagos turi polikristalinę struktūrą, o tada migracijos keliai grūdų ribose dar nebuvo išaiškinti. Be to, medžiagoje, kuri nuolat liečia plazmą, kristalinė struktūra sugenda dėl per didelio plazmos jonų įsiskverbimo. Priemaišų atomų migracijos keliai netvarkingos kristalinės struktūros medžiagoje nebuvo pakankamai ištirti.

Nacionalinių gamtos mokslų institutų NIFS profesoriaus Atsushi Ito tyrimų grupei pavyko sukurti automatinės ir greitos migracijos kelių paieškos metodą medžiagose, turinčiose savavališką atomo geometriją, naudojant molekulinę dinamiką ir lygiagrečius skaičiavimus superkompiuteryje. Pirma, jie išima daugybę mažų domenų, apimančių visą medžiagą.

Kiekviename mažame domene jie apskaičiuoja priemaišų atomų migracijos kelius pagal molekulinę dinamiką. Tie mažų domenų skaičiavimai bus baigti per trumpą laiką, nes domeno dydis mažas, o apdorojamų atomų nėra daug. Kadangi skaičiavimai kiekviename mažame domene gali būti atliekami atskirai, skaičiavimai atliekami lygiagrečiai naudojant NIFS superkompiuterį, plazmos simuliatorių ir HELIOS superkompiuterių sistemą Tarptautinio sintezės energijos tyrimų centro (IFERC-CSC) skaičiavimo modeliavimo centre, Aomori, Japonija. Plazminiame simuliatoriuje, kadangi galima naudoti 70 000 procesoriaus branduolių, vienu metu galima atlikti daugiau nei 70 000 domenų skaičiavimus. Sujungus visus skaičiavimo rezultatus iš mažų sričių, gaunami migracijos keliai per visą medžiagą.

Toks superkompiuterio lygiagretinimo būdas skiriasi nuo dažnai naudojamo ir vadinamas MPMD3) tipo lygiagretavimu. NIFS buvo pasiūlytas modeliavimo metodas, kuris veiksmingai naudoja MPMD tipo lygiagretavimą. Sujungę lygiagretumą su naujausiomis automatizavimo idėjomis, jie pasiekė greitą automatinės migracijos kelio paieškos metodą.

Taikant šį metodą, tampa įmanoma lengvai ieškoti priemaišų atomų migracijos kelio faktinėms medžiagoms, turinčioms kristalų grūdelių ribas, arba net medžiagų, kurių kristalų struktūra sutrinka dėl ilgalaikio kontakto su plazma. Tirdami priemaišų atomų kolektyvinės migracijos elgseną medžiagoje, remiantis informacija apie šį migracijos kelią, galime pagilinti žinias apie dalelių balansą plazmoje ir medžiagoje. Taigi tikimasi pagerinti plazmos izoliaciją.

Šie rezultatai buvo pristatyti 2016 m. gegužės mėn. 22-ojoje tarptautinėje plazmos paviršiaus sąveikos konferencijoje (PSI 22) ir bus paskelbti žurnale „Nuclear Materials and Energy“.