ส่วนหนึ่งของภาชนะสุญญากาศ (วัสดุหันหน้าไปทางพลาสมา) ของอุปกรณ์ทดลองฟิวชันและเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันในอนาคตจะสัมผัสกับพลาสมา เมื่อพลาสมาไอออนเข้าสู่วัสดุ อนุภาคเหล่านั้นจะกลายเป็นอะตอมที่เป็นกลางและคงอยู่ภายในวัสดุ หากมองจากอะตอมที่ประกอบเป็นวัสดุ พลาสมาไอออนที่เข้าไปจะกลายเป็นอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ อะตอมที่ไม่บริสุทธิ์จะเคลื่อนที่อย่างช้าๆ ในช่องว่างระหว่างอะตอมที่ประกอบเป็นวัสดุและในที่สุดพวกมันจะแพร่กระจายภายในวัสดุ ในทางกลับกัน อะตอมที่ไม่บริสุทธิ์บางส่วนกลับคืนสู่พื้นผิวและถูกปล่อยออกสู่พลาสมาอีกครั้ง สำหรับการจำกัดพลาสมาฟิวชันอย่างมั่นคง ความสมดุลระหว่างการแทรกซึมของไอออนพลาสมาเข้าไปในวัสดุและการปล่อยอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์อีกครั้งหลังจากการอพยพจากภายในวัสดุมีความสำคัญอย่างยิ่ง

เส้นทางการอพยพของอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ภายในวัสดุที่มีโครงสร้างผลึกในอุดมคติได้รับการอธิบายอย่างดีในการวิจัยจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม วัสดุจริงมีโครงสร้างโพลีคริสตัลไลน์ และเส้นทางการอพยพในบริเวณขอบเขตของเมล็ดพืชยังไม่ได้รับการชี้แจงอย่างชัดเจน นอกจากนี้ ในวัสดุที่สัมผัสกับพลาสมาอย่างต่อเนื่อง โครงสร้างผลึกจะแตกหักเนื่องจากการแทรกซึมของพลาสมาไอออนมากเกินไป เส้นทางการอพยพของอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ภายในวัสดุที่มีโครงสร้างผลึกที่ไม่เป็นระเบียบยังไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างเพียงพอ

กลุ่มวิจัยของศาสตราจารย์อัตสึชิ อิโตะ แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติ NIFS ประสบความสำเร็จในการพัฒนาวิธีการค้นหาอัตโนมัติและรวดเร็วเกี่ยวกับเส้นทางการอพยพในวัสดุที่มีรูปทรงอะตอมตามอำเภอใจผ่านพลศาสตร์ของโมเลกุลและการคำนวณแบบขนานในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ขั้นแรก พวกเขานำโดเมนขนาดเล็กจำนวนมากที่ครอบคลุมเนื้อหาทั้งหมดออกไป

ภายในแต่ละโดเมนขนาดเล็ก จะคำนวณเส้นทางการอพยพของอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ผ่านพลวัตของโมเลกุล การคำนวณโดเมนขนาดเล็กเหล่านั้นจะเสร็จสิ้นภายในระยะเวลาอันสั้นเนื่องจากโดเมนมีขนาดเล็กและจำนวนอะตอมที่ต้องปฏิบัติมีไม่มาก เนื่องจากการคำนวณในแต่ละโดเมนขนาดเล็กสามารถดำเนินการได้อย่างอิสระ การคำนวณจึงดำเนินการแบบคู่ขนานโดยใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ NIFS, Plasma Simulator และระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์ HELIOS ที่ศูนย์จำลองการคำนวณของศูนย์วิจัยพลังงานฟิวชั่นนานาชาติ (IFERC-CSC), อาโอโมริ ญี่ปุ่น. บน Plasma Simulator เนื่องจากเป็นไปได้ที่จะใช้คอร์ CPU 70,000 คอร์ จึงสามารถคำนวณโดเมนมากกว่า 70,000 โดเมนพร้อมกันได้ เมื่อรวมผลลัพธ์การคำนวณทั้งหมดจากโดเมนขนาดเล็ก จะได้เส้นทางการโยกย้ายบนวัสดุทั้งหมด

วิธีการขนานของซูเปอร์คอมพิวเตอร์นั้นแตกต่างจากวิธีการที่ใช้บ่อย และเรียกว่า MPMD3) ซึ่งเป็นวิธีการขนานกัน ที่ NIFS มีการเสนอวิธีการจำลองที่ใช้การขนานประเภท MPMD อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการรวมการทำงานแบบขนานเข้ากับแนวคิดล่าสุดเกี่ยวกับการทำให้เป็นอัตโนมัติ พวกเขาได้มาถึงวิธีการค้นหาอัตโนมัติความเร็วสูงสำหรับเส้นทางการโยกย้าย

ด้วยการใช้วิธีนี้ ทำให้สามารถค้นหาเส้นทางการอพยพของอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์สำหรับวัสดุจริงที่มีขอบเขตของเม็ดคริสตัล หรือแม้แต่วัสดุที่โครงสร้างผลึกไม่เป็นระเบียบเนื่องจากการสัมผัสกับพลาสมาเป็นเวลานาน การตรวจสอบพฤติกรรมการอพยพรวมของอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ภายในวัสดุโดยอิงตามข้อมูลเกี่ยวกับเส้นทางการอพยพนี้ เราจึงสามารถเพิ่มพูนความรู้ของเราให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับความสมดุลของอนุภาคภายในพลาสมาและวัสดุได้ ดังนั้นคาดว่าจะมีการปรับปรุงการกักขังในพลาสมา

ผลลัพธ์เหล่านี้ถูกนำเสนอในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2559 ที่การประชุมนานาชาติเรื่องปฏิสัมพันธ์พื้นผิวพลาสมาครั้งที่ 22 (PSI 22) และจะได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nuclear Materials and Energy