The planar coil stellarator design is a novel approach to producing the confining magnetic field of a stellarator plasma. The work presented here details the optimization of the two types of planar coils that are used in the planar coil design: the plasma encircling coils, and the shaping coils. The plasma encircling coils provide the mean magnetic field and linking current, similar to the toroidal field (TF) coils in a tokamak. The plasma encircling coils can be rotationally symmetric TF-like coils and produce a field, but optimizing their placement, tilt, and shaping can substantially reduce the magnetic field error. In addition, an array of dipole-like shaping coils, that lie on a surface between the plasma boundary and the encircling coils, correct for the residual magnetic field error following encircling coil optimization. As a proof-of-concept, it is shown that by optimizing both types of coils, subject to realistic engineering constraints, reasonable magnetic field errors of ∼1% have been achieved. Comparison to a traditional modular coil set reveals that similarly low magnetic field errors can be attained with the planar coil stellarator.
平面コイル型ステラレーター設計は、ステラレータープラズマの閉じ込め磁場を生成する新しいアプローチである。本稿で提示される研究は、平面コイル設計で使用される2種類の平面コイル、すなわちプラズマ周回コイルと整形コイルの最適化を詳述する。プラズマ周回コイルは、トカマクにおけるトロイダル磁場（TF）コイルと同様に、平均磁場とリンク電流を提供する。プラズマ周回コイルは回転対称なTF類似コイルとすることができ、磁場を生成するが、その配置、傾き、および整形の最適化により、磁場誤差を大幅に低減できる。さらに、プラズマ境界と周回コイルの間の表面上に位置する双極子状の整形コイルのアレイが、周回コイルの最適化後に残る磁場誤差を補正する。概念実証として、現実的な工学的制約の下で両方のタイプのコイルを最適化することにより、約∼1%の妥当な磁場誤差が達成されることを示す。従来のモジュラーコイルセットとの比較により、平面コイル型ステラレーターでも同様に低い磁場誤差が達成可能であることが明らかになる。