Beräkningen av varje liten domän har matats in som en oberoende uppgift i varje CPU på superdatorn. Genom att integrera dessa resultat hittar vi migrationsvägen i hela materialet. Bilden på CPU:n i bilden är upphovsrättsskyddad och används från avaxhome.ws. Upphovsman:Dr Atsushi M. Ito
En del av vakuumkärlet (plasmavasat material) i fusionsförsöksanordningen och framtida fusionsreaktor kommer i kontakt med plasma. När plasmajonerna tränger in i materialet, dessa partiklar blir en neutral atom och stannar inne i materialet. Sett från de atomer som komponerar materialet, de plasmajoner som trängt in blir föroreningsatomer. Föroreningsatomerna migrerar långsamt i mellanrum mellan atomerna som komponerar materialet och så småningom, de diffunderar inuti materialet. Å andra sidan, vissa föroreningsatomer återvänder till ytan och avges igen till plasma. För stabil fängelse av fusionsplasma, balansen mellan penetration av plasmajoner i materialet och återutsläpp av föroreningsatomer efter migration inifrån materialet blir extremt viktig.
Migrationsvägen för föroreningsatomer inuti material med idealisk kristallstruktur har blivit väl belyst i många undersökningar. Dock, faktiska material har polykristallina strukturer, och sedan hade migrationsvägar i spannmålsgränsregioner inte klargjorts ännu. Ytterligare, i ett material som kontinuerligt rör vid plasma, kristallstrukturen bryts på grund av överdriven intrång av plasmajoner. Migrationsvägarna för föroreningsatomer inuti ett material med en störd kristallstruktur hade inte undersökts tillräckligt.
Forskargruppen för professor Atsushi Ito, av National Institutes of Natural Sciences NIFS, har lyckats utveckla en metod för automatisk och snabb sökning avseende migrationsvägar i material med godtycklig atomgeometri genom molekylär dynamik och parallella beräkningar i en superdator. Först, de tar ut många små domäner som täcker hela materialet.
Inuti varje liten domän beräknar de migrationsvägar för föroreningsatomer genom molekylär dynamik. Dessa beräkningar av små domäner kommer att slutföras på kort tid eftersom storleken på domänen är liten och antalet atomer som ska behandlas inte är många. Eftersom beräkningarna i varje liten domän kan utföras oberoende, beräkningar utförs parallellt med NIFS -superdatorn, plasmasimulatorn, och HELIOS superdatorsystem vid Computational Simulation Center of International Fusion Energy Research Center (IFERC-CSC), Aomori, Japan. På Plasma Simulator, eftersom det är möjligt att använda 70, 000 CPU -kärnor, samtidiga beräkningar över 70, 000 domäner kan utföras. Genom att kombinera alla beräkningsresultat från de små domänerna, migrationsvägarna över hela materialet erhålls.
En sådan parallelliseringsmetod för superdator skiljer sig från den som ofta används, och kallas MPMD3) -typparallellisering. På NIFS, en simuleringsmetod som effektivt använder parallellisering av MPMD-typ hade föreslagits. Genom att kombinera parallelliseringen med de senaste idéerna om automatisering, de har kommit fram till en höghastighets automatisk sökmetod för migreringsvägen.
Simuleringsresultatet är baserat på den dynamiska Monte Carlo -metoden4). Inuti volframens basmaterial, de atomer vars struktur ligger nära kristallen inte visas, och volframatomer nära kristallkornets gräns, som har deformation utan kristall, visas som gula och blåfärgade punkter. Spåren för orenhetsatomerna rör sig inuti (i detta exempel, heliumatomer) visas i vitt. Så för att göra föroreningar som rör sig i hög hastighet synliga för det mänskliga ögat, för att ange spåren av föroreningsatomerna har vi fått alla spår att likna en svans med en fast längd, och vi försöker uttrycka den rörelsen av moln som "genomsnittligt beteende". Upphovsman:Dr Atsushi M. Ito
Genom att använda denna metod, det blir möjligt att enkelt söka efter föroreningsatoms migrationsväg efter faktiska material som har kristallkorngränser eller till och med material av vilka kristallstrukturen blir störd av långvarig kontakt med plasma. Undersöker beteendet för kollektiv migration av föroreningsatomer inuti material baserat på information om denna migrationsväg, vi kan fördjupa vår kunskap om partikelbalansen inuti plasma och material. Således förväntas förbättringar av plasmakapacitet.
Dessa resultat presenterades i maj 2016 vid den 22:e internationella konferensen om plasmainteraktion (PSI 22), och kommer att publiceras i tidningen Kärnämnen och energi .
