A new numerical method for designing the external coils of a stellarator is presented. In this method, the shape of filamentary coils is expressed using fully three-dimensional B-spline curves that are not necessarily constrained on a winding surface. The control points of B-spline curves are optimized together with the coil position and current to minimize an objective function, which is defined using normal field components and engineering constraints. The genetic algorithm is employed to minimize the objective function for arbitrary combinations of modular, helical, and circular poloidal field coils without giving any specific initial guess of coil shapes. A new numerical code genetic optimizer using sequence of points for external coil is developed on the basis of this method, and successfully found optimized modular coils for the stellarators CFQS and Wendelstein 7-X. We also found a specific pattern of helical coil arrangement that can reproduce these optimized stellarators while creating divertor legs outside of the closed magnetic surfaces.
ステラレーターの外部コイルを設計するための新しい数値手法を提示する。本手法では、フィラメント状コイルの形状を、巻線面上に必ずしも拘束されない完全三次元Bスプライン曲線を用いて表現する。Bスプライン曲線の制御点は、コイル位置および電流とともに最適化され、法線磁場成分と工学的制約条件を用いて定義される目的関数を最小化する。遺伝的アルゴリズムを適用して、モジュラーコイル、ヘリカルコイル、および円形ポロイダルコイルの任意の組み合わせに対して、コイル形状の特定の初期推定を与えることなく目的関数を最小化する。外部コイルのためのシーケンシャルポイントを用いた遺伝的最適化器である新しい数値コードを開発し、ステラレーターCFQSおよびWendelstein 7-Xに対して最適化されたモジュラーコイルを首尾よく見出した。また、閉じた磁気面の外側にダイバータレッグを生成しながら、これらの最適化されたステラレーターを再現できるヘリカルコイル配置の特定のパターンも見出した。