O parte a vasului cu vid (materialul cu plasmă) a dispozitivului experimental de fuziune și a viitorului reactor de fuziune intră în contact cu plasma. Când ionii de plasmă intră în material, acele particule devin un atom neutru și rămân în interiorul materialului. Dacă sunt priviți din atomii care compun materialul, ionii de plasmă care au intrat devin atomi de impurități. Atomii de impurități migrează lent în interspațiile dintre atomii care compun materialul și, în cele din urmă, difuzează în interiorul materialului. Pe de altă parte, unii atomi de impurități revin la suprafață și sunt din nou emiși în plasmă. Pentru limitarea stabilă a plasmei de fuziune, echilibrul dintre pătrunderea ionilor de plasmă în material și reemisia atomilor de impurități după migrarea din interiorul materialului devine extrem de important.

Calea de migrare a atomilor de impurități în interiorul materialelor cu structură cristalină ideală a fost bine elucidată în multe cercetări. Cu toate acestea, materialele reale au structuri policristaline, iar apoi căile de migrare în regiunile limită de cereale nu fuseseră încă clarificate. Mai mult, într-un material care atinge continuu plasma, structura cristalină este ruptă din cauza incursiunii excesive a ionilor de plasmă. Căile de migrare a atomilor de impurități în interiorul unui material cu o structură cristalină dezordonată nu au fost examinate suficient.

Grupul de cercetare al profesorului Atsushi Ito, de la National Institutes of Natural Sciences NIFS, a reușit să dezvolte o metodă de căutare automată și rapidă a căilor de migrare în materiale cu geometrie atomică arbitrară prin dinamică moleculară și calcule paralele într-un supercomputer. În primul rând, scot un număr mare de domenii mici care acoperă întregul material.

În interiorul fiecărui domeniu mic, ei calculează căile de migrare ale atomilor de impurități prin dinamica moleculară. Acele calcule ale domeniilor mici vor fi terminate în scurt timp deoarece dimensiunea domeniului este mică și numărul de atomi de tratat nu este mulți. Deoarece calculele din fiecare domeniu mic pot fi efectuate independent, calculele sunt efectuate în paralel folosind supercomputerul NIFS, Simulatorul de plasmă și sistemul de supercomputer HELIOS de la Centrul de simulare computațională al Centrului Internațional de Cercetare a Energiei de Fuziune (IFERC-CSC), Aomori, Japonia. Pe Simulatorul de Plasma, deoarece este posibil sa se utilizeze 70.000 de nuclee CPU, pot fi efectuate calcule simultane pe 70.000 de domenii. Combinând toate rezultatele de calcul din domeniile mici, se obțin căile de migrare pe întreg materialul.

O astfel de metodă de paralelizare a supercalculatorului diferă de cea folosită des și se numește paralelizare de tip MPMD3). La NIFS, a fost propusă o metodă de simulare care utilizează în mod eficient paralelizarea de tip MPMD. Combinând paralelizarea cu idei recente privind automatizarea, au ajuns la o metodă de căutare automată de mare viteză pentru calea de migrare.

Prin utilizarea acestei metode, devine posibil să se caute cu ușurință calea de migrare a atomilor de impurități pentru materiale reale care au granițe de cristal sau chiar materiale a căror structură cristalină devine dezordonată prin contactul de lungă durată cu plasma. Investigând comportamentul migrării colective a atomilor de impurități în interiorul materialului pe baza informațiilor referitoare la această cale de migrare, ne putem aprofunda cunoștințele privind echilibrul particulelor din interiorul plasmei și al materialului. Astfel, sunt anticipate îmbunătățiri ale confinării plasmei.

Aceste rezultate au fost prezentate în mai 2016 la cea de-a 22-a Conferință internațională privind interacțiunea cu suprafața cu plasmă (PSI 22) și vor fi publicate în revista Nuclear Materials and Energy.