Una parte del recipiente de vacío el material de revestimiento de plasma del dispositivo experimental de fusión y el futuro reactor de fusión entra en contacto con el plasma. Cuando los iones de plasma entran en el material, esas partículas se convierten en un átomo neutro y permanecen dentro del material.Si se ve desde los átomos que componen el material, los iones de plasma que ingresaron se convierten en átomos de impureza. Los átomos de impureza migran lentamente en los espacios intermedios entre los átomos que componen el material y, finalmente, se difunden dentro del material. Por otro lado, algunos átomos de impurezaregresan a la superficie y se emiten nuevamente al plasma. Para el confinamiento estable del plasma de fusión, el equilibrio entre la penetración de iones de plasma en el material y la reemisión de átomos de impurezas después de la migración desde el interior del material se vuelve extremadamente importante.La ruta de migración de los átomos de impurezas dentro de los materiales con estructura cristalina ideal ha sido bien aclarada en muchas investigaciones.Las estructuras ine, y luego las rutas de migración en las regiones del límite del grano2 aún no se habían aclarado.Además, en un material que toca continuamente el plasma, la estructura cristalina se rompe debido a la incursión excesiva de iones de plasma.Las rutas de migración de los átomos de impurezas dentro de un material con una estructura cristalina desordenada no se habían examinado suficientemente.
El grupo de investigación del profesor Atsushi Ito, de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales NIFS, ha logrado desarrollar un método para la búsqueda automática y rápida con respecto a las rutas de migración en materiales que tienen geometría atómica arbitraria a través de dinámicas moleculares y cálculos paralelos en una supercomputadora. Primero,Sacan numerosos dominios pequeños que cubren todo el material. Dentro de cada pequeño dominio calculan las rutas de migración de los átomos de impurezas a través de la dinámica molecular. Esos cálculos de dominios pequeños se completarán en poco tiempo porque el tamaño del dominio es pequeñoy el número de átomos a tratar no es mucho. Debido a que los cálculos en cada pequeño dominio se pueden realizar de forma independiente, los cálculos se realizan en paralelo utilizando la supercomputadora NIFS, el simulador de plasma y el sistema de supercomputadora HELIOS en el Centro de Simulación Computacional de InternationalFusion Energy Research Center IFERC-CSC, Aomori, Japón. En el simulador de plasma,Debido a que es posible utilizar 70,000 núcleos de CPU, se pueden realizar cálculos simultáneos en más de 70,000 dominios.Combinando todos los resultados de cálculo de los dominios pequeños, se obtienen las rutas de migración sobre todo el material.Tal método de paralelización de supercomputadora difiere del que se usa con frecuencia, y se llama paralelización de tipo MPMD3.
En NIFS, se había propuesto un método de simulación que utiliza efectivamente la paralelización de tipo MPMD. Al combinar la paralelización con ideas recientes sobre la automatización, han llegado a un método de búsqueda automática de alta velocidad para la ruta de migración. Al utilizar este método,es posible buscar fácilmente en la ruta de migración de los átomos de impureza materiales reales que tengan límites de grano de cristal o incluso materiales cuya estructura cristalina se desordene por el contacto de larga duración con el plasma.con respecto a esta ruta de migración, podemos profundizar nuestro conocimiento sobre el equilibrio de partículas dentro del plasma y el material. Por lo tanto, se anticipan mejoras en el confinamiento del plasma.
Estos resultados se presentaron en mayo de 2016 en la 22ª Conferencia Internacional sobre Interacción de la Superficie del Plasma PSI 22, y se publicarán en la revista Materiales nucleares y energía .
Plasma - La interacción de materiales, en la investigación de fusión, se investiga como un objetivo para lograr la solidez a largo plazo de los materiales de la pared. Como campos fuera de la fusión, la interacción se investiga con el propósito de desarrollar técnicas de procesamiento que utilicen activamenteplasma como el procesamiento de semiconductores y revestimiento de superficie, y otros. El método de investigación automática, mostrado en esta investigación, para la ruta de migración de átomos de impurezas en el material que toca el plasma se está considerando actualmente para su aplicación al procesamiento de materiales que se utilizóEste tipo de plasma. Este método, debido a que puede usarse comúnmente para la migración de átomos de impurezas y átomos de material aditivo, puede anticiparse para aplicaciones amplias que cruzan campos.
Vocabulario explicado :
1 Dinámica molecular:
Un método de simulación por computadora para el movimiento físico de átomos o moléculas. Aproximamos la interacción entre átomos y moléculas por el potencial interatómico y determinamos la órbita de cada partícula resolviendo numéricamente la ecuación de movimiento de Newton.
2 Límites de grano de cristal :
Numerosos materiales no son de un solo cristal hermoso solo cristal, sino de la estructura formada a partir de numerosos granos de cristal pequeños varios cristales. Llamamos un límite entre dos o más cristales como el límite del grano de cristal.un grano de cristal que forma cristales múltiples es del orden de 1 μm micrómetros en el caso del tungsteno.
3 MPMD
La abreviatura de Programa múltiple de datos múltiples. Normalmente, la técnica de paralelización es el Programa único de datos múltiples SPMD, que se aplica para un programa único en numerosas CPU. Por otro lado, en MPMD, numerosos programas que son administrados porlos programas de control se aplican a numerosas CPU. Por esa razón, en comparación con SPMD es posible un uso más eficaz de los recursos de cálculo.
4 Método dinámico de Monte Carlo
Una técnica de simulación por computadora que usa números aleatorios se denomina comúnmente método de Monte Carlo. El método dinámico de Monte Carlo es un método de simulación que toma como base la mecánica estadística y la teoría de los procesos estocásticos, establece la frecuencia de ocurrencia de cada fenómeno probabilidad de transición, y persigue el desarrollo del tiempo que sigue a la probabilidad de transición.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Institutos Nacionales de Ciencias Naturales . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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