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Electromagnetic coil optimization for reduced Lorentz forces
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AI
DOI：10.1088/1741-4326/adc9bf.png)
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摘要
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在强场设备（如 stellarator 或 tokamak）的设计中，减少电磁线圈上的磁力是一个重要的考虑因素。不幸的是，这些力在优化循环中通过常规有限元建模进行评估可能过于耗时。虽然可以通过将大孔径线圈近似为无限薄来快速计算互力，但这种近似对自力不成立，因为它会导致非物理的发散。最近，Hurwitz 等人（2024 IEEE Trans. Magn. 60 7001614）基于线材模型，严格推导出了一种新颖的电磁线圈自场、自力和自感的简化模型，并证明其具有极高的计算精度和数值效率。本文中，我们在 simsopt stellarator 设计软件中实现了该简化自力模型，并利用自动微分技术在准轴对称 stellarator 的导数基础线圈优化中应用它。我们证明，可以显著降低线圈上的点对点力，但这会与快速粒子损失和线圈与等离子体表面间的最小距离产生权衡。对于等离子体 '豆形' 截面内缘附近的线圈，磁力与线圈-表面距离之间的权衡由线圈之间的最小距离介导。力与快速粒子损失之间的关系由法向场误差介导。线圈力可以降低到阈值，同时使损失的最小恶化。重要的是，这里的磁体优化方法也可用于 tokamak、其他聚变概念以及聚变领域外的应用。
Keyword:
electromagnetic coil
Lorentz force
self-force
stellarator
nuclear fusion
期刊
IF:
4
论文数:
9.3K
被引数:
2.2W
机构
引用论文
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