Direct computation of magnetic surfaces in Boozer coordinates and coil optimization for quasisymmetry
Direct computation of magnetic surfaces in Boozer coordinates and coil optimization for quasisymmetry
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布泽坐标系中磁性表面的直接计算和准对称性的线圈优化
DOI：
10.1017/s0022377822000563
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发表时间：
2022
影响因子：
2.5
通讯作者：
Landreman, Matt
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Giuliani, Andrew;Wechsung, Florian;Stadler, Georg;Cerfon, Antoine;Landreman, Matt
提出了一种在Boozer坐标下计算真空磁场参数化磁表面的新方法。我们还提出了一种计算表面上准对称性的度量，并用它来设计在这些表面上产生准对称磁场的线圈。场的旋转变换和线圈的复杂性度量也在设计问题中得到了控制。使用伴随方法，我们能够得到这个最优化问题的解析导数，从而产生一个有效的基于梯度的算法。从初始线圈组开始，我们的方法快速收敛到线圈系统，产生具有良好准对称性和低粒子损失的场。特别是对于低复杂性的线圈，与标准的两阶段方法获得的线圈相比，我们能够显著提高性能，例如减少聚变产生的半径为一半的阿尔法粒子的损失。
We propose a new method to compute magnetic surfaces that are parametrized in Boozer coordinates for vacuum magnetic fields. We also propose a measure for quasisymmetry on the computed surfaces and use it to design coils that generate a magnetic field that is quasisymmetric on those surfaces. The rotational transform of the field and complexity measures for the coils are also controlled in the design problem. Using an adjoint approach, we are able to obtain analytic derivatives for this optimization problem, yielding an efficient gradient-based algorithm. Starting from an initial coil set that presents nested magnetic surfaces for a large fraction of the volume, our method converges rapidly to coil systems generating fields with excellent quasisymmetry and low particle losses. In particular for low complexity coils, we are able to significantly improve the performance compared with coils obtained from the standard two-stage approach, e.g. reduce losses of fusion-produced alpha particles born at half-radius from .
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