Một phần của bình chân không (vật liệu tiếp xúc với plasma) của thiết bị thí nghiệm nhiệt hạch và lò phản ứng nhiệt hạch trong tương lai tiếp xúc với plasma. Khi các ion plasma xâm nhập vào vật liệu, các hạt đó trở thành nguyên tử trung tính và tồn tại bên trong vật liệu. Nếu nhìn từ các nguyên tử tạo nên vật liệu, các ion plasma đi vào sẽ trở thành nguyên tử tạp chất. Các nguyên tử tạp chất di chuyển chậm trong các khoảng không gian giữa các nguyên tử tạo nên vật liệu và cuối cùng chúng khuếch tán vào bên trong vật liệu. Mặt khác, một số nguyên tử tạp chất quay trở lại bề mặt và lại được phát ra plasma. Để giam giữ ổn định plasma nhiệt hạch, sự cân bằng giữa sự xâm nhập của các ion plasma vào vật liệu và sự tái phát xạ của các nguyên tử tạp chất sau khi di chuyển từ bên trong vật liệu trở nên cực kỳ quan trọng.

Con đường di chuyển của các nguyên tử tạp chất bên trong vật liệu có cấu trúc tinh thể lý tưởng đã được làm sáng tỏ trong nhiều nghiên cứu. Tuy nhiên, vật liệu thực tế có cấu trúc đa tinh thể nên đường di chuyển trong các vùng ranh giới hạt vẫn chưa được làm rõ. Hơn nữa, ở vật liệu tiếp xúc liên tục với plasma, cấu trúc tinh thể bị phá vỡ do sự xâm nhập quá mức của các ion plasma. Đường di chuyển của các nguyên tử tạp chất bên trong vật liệu có cấu trúc tinh thể rối loạn chưa được kiểm tra đầy đủ.

Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Atsushi Ito, thuộc Viện Khoa học Tự nhiên Quốc gia NIFS, đã thành công trong việc phát triển phương pháp tìm kiếm tự động và nhanh chóng về đường di chuyển trong các vật liệu có dạng hình học nguyên tử tùy ý thông qua động lực phân tử và tính toán song song trong siêu máy tính. Đầu tiên, họ lấy ra vô số miền nhỏ bao trùm toàn bộ tài liệu.

Bên trong mỗi miền nhỏ, họ tính toán đường di chuyển của các nguyên tử tạp chất thông qua động lực học phân tử. Những tính toán của các miền nhỏ sẽ được hoàn thành trong thời gian ngắn vì kích thước của miền nhỏ và số lượng nguyên tử cần xử lý không nhiều. Do các phép tính trong từng miền nhỏ có thể được tiến hành độc lập nên các phép tính được thực hiện song song bằng cách sử dụng siêu máy tính NIFS, Bộ mô phỏng Plasma và hệ thống siêu máy tính HELIOS tại Trung tâm Mô phỏng Tính toán của Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Hợp nhất Quốc tế (IFERC-CSC), Aomori, Nhật Bản. Trên Plasma Simulator, vì có thể sử dụng 70.000 lõi CPU nên có thể thực hiện đồng thời các phép tính trên 70.000 miền. Kết hợp tất cả các kết quả tính toán từ các miền nhỏ, thu được các đường di chuyển trên toàn bộ vật liệu.

Phương pháp song song hóa như vậy của siêu máy tính khác với phương pháp thường được sử dụng và được gọi là song song hóa loại MPMD3). Tại NIFS, một phương pháp mô phỏng sử dụng hiệu quả song song loại MPMD đã được đề xuất. Bằng cách kết hợp việc song song hóa với những ý tưởng gần đây về tự động hóa, họ đã đạt được phương pháp tìm kiếm tự động tốc độ cao cho đường dẫn di chuyển.

Bằng cách sử dụng phương pháp này, có thể dễ dàng tìm kiếm đường di chuyển của các nguyên tử tạp chất đối với các vật liệu thực tế có ranh giới hạt tinh thể hoặc thậm chí các vật liệu có cấu trúc tinh thể trở nên rối loạn do tiếp xúc trong thời gian dài với plasma. Nghiên cứu hành vi di chuyển tập thể của các nguyên tử tạp chất bên trong vật liệu dựa trên thông tin liên quan đến đường di chuyển này, chúng ta có thể nâng cao kiến ​​thức về sự cân bằng hạt bên trong plasma và vật liệu. Do đó, những cải thiện về khả năng giam giữ huyết tương được dự đoán trước.

Những kết quả này đã được trình bày vào tháng 5 năm 2016 tại Hội nghị quốc tế lần thứ 22 về Tương tác bề mặt plasma (PSI 22) và sẽ được công bố trên tạp chí Vật liệu và Năng lượng Hạt nhân.