Numerical simulations of a RF-RF hybrid plasma torch with argon at atmospheric pressure
Light Technology Institute, Karlsruhe Institute of Technology(卡尔斯鲁厄理工学院光技术研究所)
该研究通过数值模拟分析了大气压下氩气中RF-RF混合等离子火炬在不同频率和距离条件下的热力学行为及能量传输特性。
2026-01-16 physics.plasm-ph
Two-dimensional shaping of Solov'ev equilibrium with vacuum using external coils
在这项工作中,我们展示了一种方法,用于构建Solov'ev平衡与任何给定的2D形状所包围的真空区域使用外部极向场线圈。计算域由两部分组成:等离子体区域,其中的解决方案是相同的Solov'ev解决方案,和真空区域,其中的磁场产生的外部线圈以及等离子体电流使用格林函数方法确定通过附近的分界线的匹配条件。然而,该方法并不特别限于Solov'ev平衡。该方案的精度、效率和鲁棒性表明,该方法可普遍应用于外线圈对真空区托卡马克等离子体的二维整形。
2022-04-17 physics.plasm-ph
Large vacuum flux surfaces generated by tilted planar coils
螺旋平衡可以通过类似于托卡马克的平面线圈的布置来产生,但是没有中心螺线管并且环向场(TF)线圈相对于竖直方向倾斜。这是已知的从早期的数值工作,例如,P.E. Moroz,Phys.Plasmas 2,4269(1995).然而,这种概念倾向于需要大的线圈(低纵横比),但形成小的等离子体(大纵横比)。在这里,它是数值显示,更大的,更有吸引力的真空通量表面-相对于设备的大小-可以通过仔细优化TF线圈和电流在各种线圈组的倾斜度产生。真空配置的纵横比低至4被发现为6倾斜TF圆形线圈。较高数量的TF线圈具有优点(较小的有效波纹)和缺点(较低的旋转变换、较小的等离子体)。最后,真空通量表面的纵横比$A$被量化为线圈半径与线圈中心的径向位置的比率$A_c$的函数。已发现,为了使$A$最小化,将TF线圈($A_c \lesssim 1$)互连或边缘互连是有益的。
2018-12-10 physics.plasm-ph
SCOPE: Simple Coil Optimization for Plasma and Engineering
SCOPE提出了一种结合模拟退火和受约束优化的方法,用于同时优化托卡马克线圈的尺寸、位置和电流,以满足多场景需求并提高等离子体控制性能。
2025-12-18 physics.plasm-ph
Geodesic torsion of the magnetic field line and other predictors of coil non-planarity in QI stellarators
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik(德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所)
研究通过大规模数据驱动分析,揭示了等离子体边界几何特征对线圈复杂性的影响,发现主方向旋转率是预测线圈非平面性的最佳指标,随机森林模型达到R2=0.882。
2026-10-23 physics.plasm-ph
A flexible and differentiable coil proxy for stellarator equilibrium optimization
Princeton Plasma Physics Laboratory(普林斯顿等离子体物理实验室);Princeton University(普林斯顿大学);New York University(纽约大学);Columbia University(哥伦比亚大学)
本文提出一种灵活的可微线圈复杂度代理,用于改进等离子体-线圈平衡,通过整合线圈优化子问题到第一阶段优化中,解决了现有单阶段工具无法处理永磁体或双极阵列的问题。
2026-04-30 physics.plasm-ph
A New Degree of Freedom in Stellarator Coil Design
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院等离子体科学与聚变中心);Max-Planck-Institut für Plasmaphysik(马克斯·普朗克等离子体物理研究所)
该研究提出反向环向场(RTF)线圈为仿星器线圈设计引入新自由度,通过电流重新分配解耦线圈约束,可增大线圈-等离子体间距,助力更紧凑仿星器设计。
2026-10-14 physics.plasm-ph
A weighted matching scheme of magnetic coil design for FRC shaping control
本研究针对场反位形(FRC)的二维分界面整形控制需求,提出一种迭代优化磁线圈位置与电流的匹配方法,可实现任意目标分界面形状,为FRC装置设计与整形控制提供新方案。
2023-11-07 physics.plasm-ph
An improved current potential method for fast computation of stellarator coil shapes
比较了几种计算仿星器线圈形状的快速方法,包括经典的NESCOIL程序[Merkel,Nucl. Fusion 27,867(1987)],其使用截断奇异值分解的推广,以及我们称之为REGCOIL的Tikhonov正则化方法,其中电流密度的平方包含在目标函数中。考虑到W7-X和NCSX的几何形状,并为任何所需的正则化水平,我们发现REGCOIL方法同时实现较低的表面平均和最大值的电流密度(线圈绕组表面)和正常的磁场(在所需的等离子体表面)。因此,这种方法可以同时改善目标等离子体形状的自由边界重建,同时显著增加线圈之间的最小距离,防止线圈之间的碰撞,同时改善端口的访问和维护。REGCOIL方法还允许对正则化水平进行更精细的控制,它保留了凸性以确保找到的局部最优值是全局最优值,并且它消除了NESCOIL的两种病态:所得线圈形状变得与用于参数化线圈表面的角度的任意选择无关,并且所得线圈形状随着傅立叶分辨率的增加而收敛而不是发散。因此,我们认为,REGCOIL应该被用来代替NESCOIL的应用程序中,需要一个快速和强大的方法线圈计算,如在固定边界等离子体优化线圈的复杂性为目标时,或范围新的仿星器的几何形状。
2017-02-09 physics.plasm-ph
Quasi-single-stage optimization for advanced stellarators
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
本文提出准单阶段(QSS)框架,将线圈可行性纳入等离子体边界优化,优化出的仿星器构型性能良好且线圈复杂度降低,为仿星器设计的协同优化提供了实用策略。
2026-08-05 physics.plasm-ph
SPARC Tokamak Error Field Expectations and Physics-Based Correction Coil Design
Columbia University(哥伦比亚大学);Commonwealth Fusion Systems(联邦聚变系统)
SPARC环形磁体通过基于物理的校正线圈设计,实现高效误差场校正和抑制边缘局域模,确保高场运行稳定性。
2026-01-18 physics.plasm-ph
Optimization of the Compact Stellarator with Simple Coils at finite-beta
针对基于真空优化的CSSC仿星器存在的有害有限β效应问题,研究通过单阶段调整其线圈电流的方法,大幅缓解了有限β对新经典约束的不利影响,实现了有限等离子体β下的优化仿星器。
2025-10-30 physics.plasm-ph
Integrating Novel Stellarator Single-Stage Optimization Algorithms to Design the Columbia Stellarator Experiment
本文面向 CSX 仿星器设计,采用两种新型单阶段算法联合优化紧纵横比 QA 等离子体与 NI-HTS 线圈,给出满足物理目标和工程约束的候选位形。
2024-09-09 physics.plasm-ph
Polaris: a flexible stellarator demonstration experiment with simple modular coils
École Polytechnique Fédérale de Lausanne(洛桑联邦理工学院);BergTop fusion(BergTop聚变);University of Wisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校);Max Planck Institute for Plasma Physics(马克斯·普朗克等离子体物理研究所)
介绍北极星这一新型小型仿星器实验,其采用模块化线圈设计,通过射频天线产生等离子体,具备实验灵活性,能测量多种等离子体参数,为仿星器边缘物理研究提供首个试验台。
2026-07-29 physics.plasm-ph
Influence of coil geometry and coil-plasma distance on the magnetic field approximation error
本文解析研究线圈几何与线圈-等离子体距离对磁场近似误差的影响,提出定量公式并证明逐点误差可由平均误差控制。
2025-10-08 math-ph math.MP physics.plasm-ph
The conceptual design of 100-kA pulsed magnetic field generator for magnetized high-energy-density plasma experiments
本文介绍了一个高压脉冲发生器的概念设计,旨在产生30 T的磁场的磁惯性聚变实验在欧米茄设施。该脉冲发生器使用一个定制的电容器组和两个外部触发的火花间隙来驱动一个多匝线圈。这种新型高压脉冲发生器能够存储比以前系统多10倍的能量,使用更高的充电电压(20至30 kV)和更大的电容(1 μF至5 μF)。电路模拟结果表明,该脉冲发生器可向60 nH、14 mΩ的线圈输出100 kA电流,上升时间为1 μs。对于平均线圈直径为7.8 mm的2匝线圈,该电流在线圈中心转化为32 T峰值磁场。与当前发生器磁场能力相比,峰值磁场增加了三倍。
2018-09-10 physics.plasm-ph
Runaway electrons during a coil quench in stellarators
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik(马克斯·普朗克等离子体物理研究所)
研究显示,在磁体快速变化时,即使没有净托卡马克电流,星形箍缩装置中也可能产生失控电子爆发。在反应堆规模的星形箍缩装置中,低密度等离子体操作期间可能更危险。
2025-09-19 physics.plasm-ph
Planar Coil Optimization for the Eos Stellarator using Sparse Regression
针对仿星器线圈设计中电流优化的不适定问题,提出将成形线圈电流分布优化表述为稀疏回归,结合多种算法确定帕累托前沿,在相同稀疏性下平均Bₙ降低20%,提升了可制造性与效率。
2025-02-11 physics.plasm-ph
An adjoint method for gradient-based optimization of stellarator coil shapes
我们提出了一种方法,通过基于梯度的线圈绕组表面的优化仿星器线圈的设计。REGCOIL(Landreman 2017 Nucl. Fusion 57 046003)方法用于使用连续电流电势获得绕组表面上的线圈形状。我们应用伴随方法来计算目标函数的导数,从而可以高效地计算解析梯度,同时消除近似导数的数值噪音。我们能够通过在目标函数中以电流的均方根密度为目标来提高线圈的工程性能。我们得到的绕组表面的W7-X和HSX,同时减少了等离子体表面上的法向磁场和增加线圈和等离子体之间的表面平均距离相比,实际的绕组表面。在优化表面上计算的线圈具有较小的环形范围和曲率以及增加的线圈间间距。提出了一种技术,用于可视化的灵敏度的数字的优点,以正常的表面位移的绕组表面,了解工程公差的潜在应用。
2018-01-12 physics.plasm-ph
Exploring the operational limits of poloidal and helical arrays of Mirnov coils in stellarators by means of a synthetic diagnostic
提出非轴对称磁位形下的合成Mirnov线圈诊断,系统评估TJ-II极向与螺旋线圈阵列对Alfvén类模式的辨识极限及等离子体屏蔽影响。
2025-03-13 physics.plasm-ph
Mechanics of ELM control coil induced alpha particle transport
使用轨道跟踪代码ASCOT,我们在ITER模型的影响下的ELM控制线圈(ECC),环向场纹波,和测试毯模块的α粒子运输,重点是如何等离子体响应(PR)修改的运输机制和快速离子偏滤器上的负载。我们发现,虽然PR屏蔽等离子体愈合破碎的通量表面,它也打开了一个新的损失通道边缘捕获的粒子:PR导致强的环形变化的极向场附近的X点,导致香蕉尖和无碰撞运输的去本地化。通过粒子损失的减少和边缘捕获粒子损失的增加将偏滤器载荷从目标转移到圆顶和圆顶下的结构。通过MARS-F和JOREK代码计算血浆响应。新的传输机制是更强的PR计算JOREK,不像MARS-F,明确包括X点。
2017-09-13 physics.plasm-ph
A framework for discrete optimization of stellarator coils
本文提出仿星器线圈离散优化框架,通过线框建模和RCLS与GSCO两种方法,在任意空间约束下获得稀疏且易于装配的高精度磁体解。
2025-03-05 physics.plasm-ph
Use of current-potential patches to obtain fundamental improvements to the coils of magnetic fusion devices
本文提出利用电流势贴片方法,将磁聚变装置线圈的物理可行性与工程设计分离,计算研究线圈设计自由度,实现增强可达性、增大等离子体-线圈分离度及提高位置误差不敏感性等改进。
2024-10-13 physics.ins-det physics.plasm-ph
Modeling the complete prevention of disruption-generated runaway electron beam formation with a passive 3D coil in SPARC
在托卡马克等离子体突然终止过程中,可能形成相对论性“逃逸”电子(RE)的多兆安培束,这对托卡马克作为聚变能源的发展构成了重大挑战。在这里,我们使用最先进的破坏磁流体动力学模型,结合RE产生和传输的自洽演化,表明非轴对称的容器内线圈将被动地防止RE束形成,在托卡马克,紧凑,高场,高电流设备,能够实现聚变增益Q > 2的氘氚等离子体中的中断。
2021-10-20 physics.plasm-ph
Coil Optimization for Quasi-helically Symmetric Stellarator Configurations
本文通过基于细丝的线圈优化证明准螺旋对称仿星器可用现实线圈实现,并系统评估了线圈曲率、制造误差容限、平面线圈局限及有限beta下的快粒子损失特性。
2023-11-28 physics.plasm-ph
Simplified and Flexible Coils for Stellarators using Single-Stage Optimization
本文采用单阶段直接线圈优化,将等离子体约束、稳定性与工程约束统一求解,获得少线圈及一至三线圈准对称等多种简化灵活的仿星器新构型。
2024-06-12 physics.plasm-ph
Reconstructing the Plasma Boundary with a Reduced Set of Diagnostics
本研究针对DIII-D托卡马克等离子体边界重建的不适定问题,对比两种不同输入特征的神经网络模型,验证了精简诊断下机器学习的有效性,为聚变发电厂诊断受限场景提供解决方案。
2025-05-15 physics.plasm-ph
Efficient magnetic fields for supporting toroidal plasmas
支撑托克马克和仿星器等离子体的磁场必须由与等离子体隔离良好的线圈产生。然而,间隔越大,在等离子体区域中产生给定的磁场就越困难,因此应该选择可以由远距离线圈尽可能有效地支持的等离子体配置。外部产生的磁场的效率是与线圈附近的幅度相比的等离子体处的场的成形分量幅度的量度;等离子体平衡的效率可以使用所需的外部成形场的效率来测量。与直觉相反,具有低曲率和光谱宽度的等离子体形状可能具有低效率,而具有尖锐边缘的等离子体形状可能具有高效率。两个精确的措施,磁场效率,正确识别这种差异的难度,将审查。这些措施,这可以表示为矩阵,涉及外部产生的正常磁场等离子体表面上的法向场或电流在一个遥远的控制表面。任一矩阵的奇异值分解(SVD)产生磁场分布的效率有序基。计算进行了托卡马克和仿星器的情况下。对于具有圆形横截面的轴对称表面,SVD解析计算,并确定了可以控制到给定的期望水平的极向和环向模式数的范围。如果公式正确,这些效率措施是独立的坐标用于参数化的表面。
2016-03-06 physics.plasm-ph
Measurement, correction and implications of the intrinsic error fields on MAST
托卡马克中磁场线圈的不对准会导致磁场的环向不对称,这被称为固有误差场。这些误差场通常导致等离子体中形成锁定模式,这限制了可实现的最低密度。MAST上的固有误差场已经通过直接测量来自这些线圈的场的环形不对称性来确定,并且已经根据线圈的失真来参数化。使用误差场校正线圈来校正误差场,其中通过确定确保放电离锁定模式的开始最远所需的电流来找到最佳校正。这些经验得出的校正与已知的线圈失真进行了比较。在真空近似中,预测的和经验确定的校正之间存在~ 3的差异。当包括等离子体响应时,获得更好的一致性,但仍有一些情况下,一致性不好,这表明其他影响,如误差场与等离子体的非线性耦合是重要的。
2013-12-23 physics.plasm-ph
Initial evaluation of miniature ultra-high-field commercial stellarator reactors with breeding external to resistive coils
Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT(国家聚变实验室,CIEMAT);Departamento de Física, Universidad Carlos III de Madrid(马德里卡洛斯三世大学物理系);Oak Ridge National Laboratory (ORNL)(橡树岭国家实验室);University of Texas, Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校)
研究小型等离子体体积超高强度脉冲商业星形反应堆的运行参数和挑战,该反应堆的breeding外部于阻尼线圈(transposed stellarator),可能在极小且简单的设备中产生商业热量和电力,为燃烧等离子体的知识做出贡献。
2026-05-21 physics.plasm-ph
Overview of the Helios Design: A Practical Planar Coil Stellarator Fusion Power Plant
Thea Energy, Inc.(Thea Energy公司)
Helios设计采用高温超导平面线圈星形磁约束结构,实现1.1 GW热功率和390 MW净电力输出,具备高稳定性、低循环功率和长使用寿命。
2026-01-05 physics.plasm-ph
Designing A Buildable Optimized Stellarator to Confine Electron-Positron Plasmas
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik(德国马普等离子体物理研究所);Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院等离子体科学与聚变中心);Department of Physics, University of Wisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校物理系);SchulerTEC;Department of Mechanical Engineering, McGill University(麦吉尔大学机械工程系)
本文提出了一种优化反星形装置的设计方法,通过新型优化工具实现了电子-正电子等离子体的约束性能和可建造性。
2026-03-12 physics.plasm-ph
Design of Passive and Structural Conductors for Tokamaks Using Thin-Wall Eddy Current Modeling
本文基于PSI-Tet开发三维薄壁涡流建模工具ThinCurr,为SPARC和DIII-D建立导电结构模型,并用于优化无源REMC设计以缓解破裂中的逃逸电子。
2023-09-27 physics.plasm-ph
Enhancing Stellarator Accessibility through Port Size Optimization
针对仿星器线圈强扭转导致检修端口空间受限的问题,本文将端口建模为等离子体边界闭合曲线并进行多目标线圈优化,借助帕累托前沿与电流势分析端口位置,并利用窗玻璃线圈获得更优构型。
2025-02-17 physics.plasm-ph
Three dimensional complex plasma structures in a combined radio frequency and direct current discharge
我们报告的第一个详细的分析大的三维(3D)复杂的等离子体结构的实验中进行的纯射频和射频+直流放电模式。电感耦合等离子体(ICP)是由一个射频线圈在0.3毫巴的压力下缠绕在垂直放置的圆柱形玻璃管。此外,直流等离子体可以通过在远离射频线圈的管端的电极上施加电压来产生。注入的单分散颗粒悬浮在线圈下方的等离子体中。使用扫描激光片和高分辨率相机来确定约$10^5$颗粒的3D位置。所观察到的碗状粒子云揭示了各种结构的共存,包括良好区分的固体状,不太有序的液体状,和明显的弦状相。提出了识别弦状结构的新准则。
2013-04-03 cond-mat.soft physics.plasm-ph
Modelling-driven requirements for Error Field Control Coil application to initial JT-60SA plasmas
本研究针对JT-60SA初始等离子体,利用MARS-F代码建模EFCC应用及等离子体响应,评估磁扰动影响并对比模式锁定阈值,以确定安全运行空间。
2025-10-17 cs.SY eess.SY physics.plasm-ph
Stellarator coil optimization supporting multiple magnetic configurations
我们提出了一种技术,可用于设计仿星器具有高度的实验灵活性。为了我们的目的,灵活性定义的旋转变换的值的范围可以采取的真空场的磁轴,同时保持令人满意的准对称性。我们表明,在模块化线圈设计过程中考虑配置灵活性,可以提高灵活性,超过以前的方法所达到的灵活性。仔细放置平面控制线圈和纳入一个可积性的目标,提高准对称性和嵌套通量表面体积的每种配置。我们表明,它是可能实现的灵活性,准对称性,嵌套通量表面体积到合理的程度,通过一个NCSX样的例子,一个相对简单的线圈设置。该示例线圈设计被优化以实现三个旋转变换目标,并且每个磁配置中的嵌套通量表面体积大于NCSX设计等离子体体积。我们的工作表明,有一个灵活性,准对称性和嵌套通量面的体积之间的权衡。
2022-11-04 physics.plasm-ph
Design and operation of APEX-LD: a compact levitated dipole for the confinement of electron-positron pair plasmas
Max Planck Institute for Plasma Physics(马克斯·普朗克等离子体物理研究所);Technical University of Munich(慕尼黑工业大学);Lawrence University(劳伦斯大学);University of California San Diego(加利福尼亚大学圣地亚哥分校)
本文介绍了APEX-LD悬浮偶极阱的设计与运行,该装置利用无绝缘ReBCO高温超导悬浮线圈产生约0.5 T磁场,实现超过三小时的稳定悬浮,用于磁约束并研究电子-正电子对等离子体。
2025-11-10 physics.plasm-ph
Equilibrium of a simplified coil quasi-axisymmetric stellarator: Free boundary approach
本文采用自由边界方法,利用DESC求解器对简化线圈准轴对称仿星器进行平衡和优化,通过最小化有效波纹幅度降低新经典输运,展示了真空场和有限压力下的准轴对称位形。
2026-06-23 physics.plasm-ph
Computing local sensitivity and tolerances for stellarator physics properties using shape gradients
在最近的仿星器实验中,严格的公差一直是成本的主要驱动因素,因此改进公差的定义和控制可以对该领域的进展产生重大影响。在这里,我们将公差的形状梯度表示,已在工业中的形状优化是有用的,例如,用于确定汽车或机翼的哪些区域最影响阻力,我们演示了如何可以计算的形状梯度的环形等离子体的物理性质。形状梯度给出局部微分对由形状的法向位移引起的一些标量品质因数(形状泛函)的贡献。与先前用于优化等离子体和线圈形状的关于参数化形状的量(例如傅立叶振幅)的导数相比,形状梯度给出空间局部信息,因此更容易与工程约束相关。我们提出了一种方法来确定任何品质因数的形状梯度,使用的参数导数已经例行计算仿星器优化。等离子体和电磁线圈形状的形状梯度的例子。我们还推导出并提出了一个类似的表示磁场误差的局部灵敏度的例子,这种磁灵敏度可以快速计算的形状梯度。形状梯度和磁灵敏度都可以转换为局部公差,这表明线圈应该如何准确地构建和定位,调整线圈和线圈的结构支撑应该放置在哪里,以及磁性材料和电流引线可以最好地定位在哪里。这两种灵敏度测量都提供了对形状优化的深入了解,使公差的系统计算成为可能,并将物理优化与在实空间中比在傅立叶空间中更容易指定的工程标准联系起来。
2018-03-08 physics.plasm-ph
Systematic errors in tokamak magnetic equilibrium reconstruction: a study of EFIT++ at tokamak COMPASS
磁平衡重建的不确定性和误差是解释托卡马克边缘测量数据的一个普遍问题。本研究通过比较外中面分界线位置与速度剪切层(VSL)位置,证明了在COMPASS托卡马克上进行EFIT++重建的误差。VSL被检测为通过往复式圆珠笔探针测量的等离子体电势峰。随后的近400放电的统计分析表明,在重建的分界线的位置相对于VSL,其中的主要因素是等离子体的三角形和磁轴的径向位置的一个强大的系统趋势。在EFIT输入中记录的测量线圈位置被优化以在真空放电中通过毕奥-萨伐尔定律计算的“合成”线圈信号与实际线圈信号之间提供更接近的匹配之后,这种依赖性显著降低。总之,我们建议,应用这种优化可能会导致更准确和可靠的重建的COMPASS平衡,这将有一个积极的影响,在边缘等离子体的测量分析的准确性。
2020-01-28 physics.plasm-ph
Efficient calculation of magnetic fields from ferromagnetic materials near strong electromagnets, and application to stellarator coil optimization
University of Maryland, College Park(马里兰大学帕克分校);Type One Energy Group, Inc.(Type One 能源集团)
该研究提出了一种高效计算近强电磁铁附近铁磁材料磁场的方法,并应用于stellarator线圈优化,通过点偶极子模型简化计算,显著提升速度和精度。
2026-01-12 physics.app-ph physics.plasm-ph
From Coils to Surface Recession: Multiphysics Simulation of Ablation in ICP Wind Tunnels
University of California Irvine(加州大学尔湾分校);Department of Mechanical and Aerospace Engineering(机械与航空航天工程系)
本文提出了一种用于ICP风洞中材料烧蚀模拟的多物理场耦合框架,通过高保真求解器实现从头到尾的模拟,准确预测热化学响应和烧蚀行为。
2026-08-06 physics.plasm-ph
Towards joint optimization of stellarator coils and support structures
Courant Institute School of Mathematics, Computing, and Data Science, New York University(纽约大学柯朗数学科学研究所)
研究托卡马克线圈与支撑结构联合优化问题,利用可微结构力学新进展开发开源软件coil-fem,集成支撑可微有限元分析到优化循环,实现综合优化,降低应力并减少磁场误差,首次进行联合优化并取得成果。
2026-07-08 physics.plasm-ph
Electromagnetic coil optimization for reduced Lorentz forces
本文在SIMSOPT软件中利用自动微分实现了一种高效且精确的电磁线圈自力简化模型,用于准轴对称stellarator的线圈优化,在显著降低线圈洛伦兹力的同时,分析了其对快粒子损失和线圈-等离子体距离的权衡影响。
2024-10-12 physics.app-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Omnigenous umbilic stellarators
Princeton University(普林斯顿大学);Max Planck Institute for Plasma Physics(马普等离子体物理研究所);Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland(马里兰大学电子与应用物理研究所);Thea Energy(Thea能源公司);Princeton Plasma Physics Laboratory(普林斯顿等离子体物理实验室)
本文提出了一种新的星形磁约束装置,通过优化等离子体和线圈形状,探索了其在有限β条件下转换托卡马克装置的潜力。
2025-09-30 physics.plasm-ph
Magnetic Compression of Compact Tori Experiment and Simulation
University of Saskatchewan(萨斯喀彻温大学)
本研究通过磁压缩实验与模拟,改进了等离子体约束与压缩技术,提高了CT寿命和磁流守恒效率。
2026-01-27 physics.plasm-ph
Modeling inductive radio frequency coupling in powerful negative hydrogen ion sources: optimizing the RF coupling
针对ITER负氢离子源射频耦合效率低及高电压易击穿问题,应用自洽流体-电磁模型揭示网络损耗与非线性等离子体现象的相互作用,发现增加驱动器轴向长度和驱动频率可将等离子体吸收功率比例提升至约90%。
2023-04-11 physics.plasm-ph
FEQIS: A free-boundary equilibrium solver for integrated modeling of tokamak plasmas
本文介绍了一种名为FEQIS的新型轴对称自由边界平衡求解器,用于托卡马克等离子体集成建模,其特点是电路连接灵活,并采用多层简化数值方案求解Grad-Shafranov方程。
2025-02-18 physics.plasm-ph
Surrogate Approximation of the Grad-Shafranov Free Boundary Problem via Stochastic Collocation on Sparse Grids
在磁约束聚变装置中,等离子体的平衡构型由流体中的流体静压与由外部线圈阵列和等离子体本身产生的磁力之间的平衡决定。等离子体的位置不是先验已知的,必须作为自由边界问题的解来获得。确定组合磁场行为的偏微分方程取决于一组物理参数(线圈的位置、通过线圈的电流强度、磁导率等)。这些都是不确定和可变的。限制区域又是这些随机参数的函数。在这项工作中,我们认为通过外部线圈的电流强度的变化作为不确定性的主要来源。这导致尺寸等于电抗器中线圈数量的参数空间。借助于建立在参数空间的稀疏网格上的代理函数,使用蒙特卡罗策略来探索参数中的随机性对等离子体边界的重要特征(如x点的位置、打击点和形状属性(如三角形和伸长))的影响。替代函数的使用减少了蒙特卡罗模拟所需的时间,减少的因子范围在7到30之间。
2021-09-04 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Adjoint methods for stellarator shape optimization and sensitivity analysis
具有可接受的约束特性的仿星器的设计需要在描述其几何形状的非凸的高维空间中优化磁场。仿星器计划面临的另一个主要挑战是限制特性对电磁线圈形状的敏感依赖,这使得线圈的构造必须在严格的公差下进行。在这篇论文中,我们解决这些挑战的应用伴随方法和形状敏感性分析。伴随方法使得能够有效地计算依赖于方程组(例如线性或非线性偏微分方程)的解的函数的梯度。这使得能够在高维空间中进行基于梯度的优化和有效的灵敏度分析。我们提出的第一个应用程序的伴随方法仿星器形状优化。我们讨论的第一个例子是基于连续电流电势模型的推广的线圈形状的优化。了解线圈度量对绕组表面扰动的敏感性使我们能够了解实现更简单线圈的配置的特征。接下来我们考虑漂移动力学方程的解。基于Fokker-Planck碰撞算符的自伴性,导出了伴随漂移动力学方程,计算了新经典量对磁场强度扰动的敏感性.最后,我们考虑依赖于MHD平衡方程的解决方案的功能。我们推广的自伴性质的MHD力算子,包括旋转变换和电流的约束区域外的扰动。这种自伴属性被施加到开发一个伴随方法,用于计算这些函数的导数线圈形状或等离子体边界的扰动。
2020-05-15 physics.plasm-ph
Implementation of an ITER-relevant QP-based Current Limit Avoidance algorithm in the TCV tokamak
针对大型超导托卡马克的线圈电流饱和易引发等离子体破裂的问题,提出基于约束二次优化在线求解的电流限制规避方法,并在TCV托卡马克实验验证其有效性与实时应用潜力。
2025-03-20 physics.plasm-ph
Numerical study of tearing mode seeding in tokamak X-point plasma
详细了解岛播种是至关重要的,以避免(N)TM及其负面后果,如约束退化和中断。在目前的工作中,我们调查的增长2/1岛响应磁扰动。虽然我们使用外部施加的扰动产生的共振磁扰动(RMP)线圈的这项研究,结果是直接转移到岛播种其他MHD不稳定性创造一个共振磁场组件在理性的表面。从ASDEX升级2/1岛渗透的实验结果扩展以前的研究。模拟基于ASDEX升级L模式放电,具有低碰撞性和有源RMP线圈。我们的数值研究进行了三维,双流体,非线性MHD代码JOREK。在实验中观察到的模式播种的所有三个阶段也出现在模拟中:首先是一个弱响应阶段,其特征在于大的垂直电子流速,然后是磁岛尺寸的快速增长,伴随着垂直电子速度的降低,最后是饱和到完全形成的岛状态,垂直电子速度接近于零。在等离子体旋转以及RMP线圈电流中观察到模式穿透的延迟。岛的大小和电子垂直速度的滞后之间的斜坡上升和下降的RMP振幅与分析预测的分叉一致。研究了侵彻过程中主导扭结/弯曲向撕裂宇称的转变。
2019-04-16 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Topology optimization for inverse magnetostatics as sparse regression: application to electromagnetic coils for stellarators
本研究将逆静磁学拓扑优化重构为稀疏回归,利用无散度体素电流设计仿星器电磁线圈,避免非线性并生成可插值优化的拓扑奇特线圈。
2023-06-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph