Termoyadroviy tajriba qurilmasi va kelajakdagi termoyadroviy reaktorning vakuum idishining bir qismi (plazmaga qaragan material) plazma bilan aloqa qiladi. Plazma ionlari materialga kirganda, bu zarralar neytral atomga aylanadi va material ichida qoladi. Agar materialni tashkil etuvchi atomlardan ko'rinadigan bo'lsa, kirgan plazma ionlari nopoklik atomlariga aylanadi. Nopoklik atomlari materialni tashkil etuvchi atomlar orasidagi bo'shliqlarda asta-sekin ko'chib o'tadi va oxir-oqibat ular material ichida tarqaladi. Boshqa tomondan, ba'zi nopoklik atomlari sirtga qaytadi va yana plazmaga chiqariladi. Termoyadroviy plazmaning barqaror saqlanishi uchun plazma ionlarining materialga kirib borishi va material ichidan migratsiya qilinganidan keyin nopoklik atomlarining qayta emissiyasi o'rtasidagi muvozanat juda muhimdir.

Ideal kristall tuzilishga ega materiallar ichidagi nopoklik atomlarining migratsiya yo'li ko'plab tadqiqotlarda yaxshi yoritilgan. Biroq, haqiqiy materiallar polikristalli tuzilmalarga ega va keyinchalik don chegarasi mintaqalarida migratsiya yo'llari hali aniqlanmagan. Bundan tashqari, doimiy ravishda plazmaga tegib turadigan materialda plazma ionlarining haddan tashqari kirib borishi tufayli kristal tuzilishi buziladi. Tartibsiz kristall tuzilishga ega bo'lgan material ichidagi nopoklik atomlarining migratsiya yo'llari etarlicha tekshirilmagan.

NIFS Milliy Tabiiy fanlar instituti professori Atsushi Itoning tadqiqot guruhi molekulyar dinamika va superkompyuterda parallel hisob-kitoblar orqali ixtiyoriy atom geometriyasiga ega bo'lgan materiallarda migratsiya yo'llarini avtomatik va tezkor qidirish usulini ishlab chiqishga muvaffaq bo'ldi. Birinchidan, ular butun materialni qamrab oladigan ko'p sonli kichik domenlarni chiqaradilar.

Har bir kichik domen ichida ular molekulyar dinamika orqali nopoklik atomlarining migratsiya yo'llarini hisoblashadi. Kichik domenlar bo'yicha hisob-kitoblar qisqa vaqt ichida tugaydi, chunki domen hajmi kichik va ishlov beriladigan atomlar soni ko'p emas. Har bir kichik domendagi hisob-kitoblar mustaqil ravishda amalga oshirilishi mumkinligi sababli, hisob-kitoblar NIFS superkompyuteri, Plazma simulyatori va HELIOS superkompyuter tizimidan foydalangan holda parallel ravishda Xalqaro termoyadroviy energiya tadqiqot markazi (IFERC-CSC), Aomori, Yaponiya. Plazma simulyatorida 70 000 ta protsessor yadrolaridan foydalanish mumkinligi sababli bir vaqtning o'zida 70 000 dan ortiq domenlarni hisoblash mumkin. Kichik domenlardan olingan barcha hisob-kitob natijalarini birlashtirib, butun material bo'ylab migratsiya yo'llari olinadi.

Superkompyuterning bunday parallellashtirish usuli tez-tez ishlatiladiganidan farq qiladi va MPMD3) tipidagi parallellashtirish deb ataladi. NIFSda MPMD tipidagi parallellashtirishdan samarali foydalanadigan simulyatsiya usuli taklif qilingan. Parallellashtirishni avtomatlashtirish bo'yicha so'nggi g'oyalar bilan birlashtirib, ular migratsiya yo'lini yuqori tezlikda avtomatik qidirish usuliga erishdilar.

Ushbu usuldan foydalangan holda, kristalli chegaralari bo'lgan haqiqiy materiallar yoki hatto plazma bilan uzoq vaqt aloqa qilish natijasida kristal tuzilishi buziladigan materiallar uchun nopoklik atomlarining migratsiya yo'lini osongina izlash mumkin bo'ladi. Ushbu migratsiya yo'li haqidagi ma'lumotlarga asoslanib, material ichidagi nopoklik atomlarining jamoaviy migratsiyasini o'rganib, biz plazma va material ichidagi zarrachalar muvozanati haqidagi bilimlarimizni chuqurlashtirishimiz mumkin. Shunday qilib, plazma tutilishida yaxshilanishlar kutilmoqda.

Ushbu natijalar 2016 yil may oyida Plazma sirtining o'zaro ta'siri bo'yicha 22-xalqaro konferentsiyada (PSI 22) taqdim etilgan va "Nuclear Materials and Energy" jurnalida nashr etiladi.