Hurtig, robust algoritme til beregning af stellaratorspoleformer giver design, der er nemmere at bygge og vedligeholde

En stellarator er en enhed, hvor plasma kan indesluttes ved temperaturer, der er varmere end solens kerne, ved hjælp af magnetiske felter fra omhyggeligt formede elektromagnetiske spoler. Forskere ændrede det matematiske optimeringsproblem, der blev brugt til at beregne spoleformerne. De øgede mellemrummet mellem spolerne. Forøgelse af pladsen udglatter spolernes skarpe bøjninger, samtidig med at hastigheden og pålideligheden af ​​den tidligere metode bevares.

De elektromagnetiske spoler i en stellarator er udfordrende at designe. Hvorfor? Den præcise 3D-formning, der er nødvendig for god plasmaindeslutning, skal afbalanceres mod flere begrænsninger:spolerne kan ikke overlappe hinanden, der skal være tilstrækkelig plads mellem spolerne til diagnosticering og vedligeholdelsesadgang, og spolelederen kan ikke bøjes til en for skarp drejning. Ved at udglatte spolens former og øge afstanden mellem spolerne, denne nye algoritme vil muliggøre stellarator-design, der er mere gennemførlige at bygge og vedligeholde.

Forbedringen i spoleformer blev opnået ved at stille et noget anderledes matematisk spørgsmål sammenlignet med det spørgsmål, der blev stillet tidligere. I den tidligere tilgang, bruges til at designe eksperimenter såsom W7-X stellaratoren i Tyskland og HSX stellaratoren ved University of Wisconsin, spoleformerne blev optimeret til at give den bedste tilnærmelse af den ønskede plasmaform, ved at bruge et lille antal sinus- og cosinusfunktioner til at beskrive spoleformerne. I den nye tilgang, spoleformerne er optimeret til at give den bedste tilnærmelse af den ønskede plasmaform samtidig med, at afstandene mellem spolerne maksimeres.

Den slags problemer, hvor du maksimerer to kriterier, der nogle gange er i konflikt, har mange velkendte analogier i dagligdagen, som når du handler efter et par sko og ønsker både den laveste pris og den højeste kvalitet. I den nye algoritme, spoledesigneren har mere præcis kontrol over at balancere de konkurrerende mål om at "producere den ønskede plasmaform" og "efterlade rigelig plads mellem spolerne."

Den nye forskning viser, at uanset hvordan du vælger at finde denne balance, den nye algoritme gør et bedre stykke arbejde med at maksimere begge mål sammenlignet med den tidligere algoritme. På samme tid, den nye algoritme er sammenlignelig i hastighed med den tidligere algoritme. Den er også robust; det er garanteret altid at finde den globalt optimale løsning og ikke blot et lokalt optimum.