Füzyon deney cihazının ve gelecekteki füzyon reaktörünün vakum kabının bir kısmı (plazmaya bakan malzeme) plazma ile temas eder. Plazma iyonları malzemenin içine girdiğinde bu parçacıklar nötr bir atom haline gelir ve malzemenin içinde kalır. Malzemeyi oluşturan atomlardan bakıldığında içeri giren plazma iyonları safsızlık atomları haline gelir. Safsızlık atomları, malzemeyi oluşturan atomlar arasındaki boşluklarda yavaşça hareket eder ve sonunda malzemenin içine yayılır. Öte yandan bazı safsızlık atomları yüzeye geri döner ve tekrar plazmaya yayılır. Füzyon plazmasının stabil bir şekilde hapsedilmesi için, plazma iyonlarının malzemeye nüfuz etmesi ile malzemenin içinden göç ettikten sonra safsızlık atomlarının yeniden emisyonu arasındaki denge son derece önemli hale gelir.

İdeal kristal yapıya sahip malzemelerin içindeki safsızlık atomlarının göç yolu birçok araştırmada iyi bir şekilde aydınlatılmıştır. Ancak gerçek malzemeler çok kristalli yapılara sahiptir ve tane sınırı bölgelerindeki göç yolları henüz açıklığa kavuşturulmamıştır. Ayrıca sürekli olarak plazmaya temas eden bir malzemede, plazma iyonlarının aşırı girişi nedeniyle kristal yapı bozulur. Düzensiz kristal yapıya sahip bir malzeme içindeki safsızlık atomlarının göç yolları yeterince incelenmemiştir.

Ulusal Doğa Bilimleri Enstitüleri (NIFS)'nden Profesör Atsushi Ito'nun araştırma grubu, bir süper bilgisayarda moleküler dinamikler ve paralel hesaplamalar yoluyla keyfi atom geometrisine sahip malzemelerdeki geçiş yollarına ilişkin otomatik ve hızlı arama için bir yöntem geliştirmeyi başardı. İlk olarak, tüm materyali kaplayan çok sayıda küçük alanı çıkarırlar.

Her küçük alanın içinde, safsızlık atomlarının göç yollarını moleküler dinamik yoluyla hesaplarlar. Küçük domainlere ilişkin bu hesaplamalar, domainin boyutunun küçük olması ve işlenecek atom sayısının fazla olmaması nedeniyle kısa sürede tamamlanacaktır. Her küçük alandaki hesaplamalar bağımsız olarak yapılabildiği için hesaplamalar, Aomori'deki Uluslararası Füzyon Enerjisi Araştırma Merkezi'nin (IFERC-CSC) Hesaplamalı Simülasyon Merkezi'ndeki NIFS süper bilgisayarı, Plazma Simülatörü ve HELIOS süper bilgisayar sistemi kullanılarak paralel olarak gerçekleştirilir. Japonya. Plazma Simülatöründe 70.000 adet CPU çekirdeği kullanılması mümkün olduğundan 70.000 adet domain üzerinde eş zamanlı hesaplama yapılabilmektedir. Küçük alanlardan elde edilen tüm hesaplama sonuçları birleştirilerek tüm malzeme üzerindeki geçiş yolları elde edilir.

Süper bilgisayarın bu tür bir paralelleştirme yöntemi, sıklıkla kullanılandan farklıdır ve MPMD3) tipi paralelleştirme olarak adlandırılır. NIFS'de MPMD tipi paralelleştirmeyi etkin bir şekilde kullanan bir simülasyon yöntemi önerilmiştir. Paralelleştirmeyi otomasyona ilişkin son fikirlerle birleştirerek, geçiş yolu için yüksek hızlı bir otomatik arama yöntemine ulaştılar.

Bu yöntemin kullanılmasıyla, kristal tane sınırlarına sahip olan gerçek malzemeler ve hatta plazma ile uzun süreli temas nedeniyle kristal yapısı bozulan malzemeler için safsızlık atomlarının göç yolunun kolayca araştırılması mümkün hale gelir. Bu göç yoluna ilişkin bilgilere dayanarak, malzeme içindeki safsızlık atomlarının toplu göç davranışını araştırarak, plazma ve malzeme içindeki parçacık dengesine ilişkin bilgimizi derinleştirebiliriz. Bu nedenle plazma hapsinde iyileşmeler beklenmektedir.

Bu sonuçlar Mayıs 2016'da 22. Uluslararası Plazma Yüzey Etkileşimi Konferansı'nda (PSI 22) sunuldu ve Nükleer Malzemeler ve Enerji dergisinde yayınlanacak.