Computational optimization has revolutionized the field of stellarator design. To date, optimizations have focused primarily on optimization of neoclassical confinement and ideal MHD stability, although limited optimization of other parameters has also been performed. The purpose of this paper is to outline a select set of new concepts for stellarator optimization that, when taken as a group, present a significant step forward in the stellarator concept. One of the criticisms that has been leveled at existing methods of design is the complexity of the resultant field coils. Recently, a new coil optimization code—COILOPT++, which uses a spline instead of a Fourier representation of the coils,—was written and included in the STELLOPT suite of codes. The advantage of this method is that it allows the addition of real space constraints on the locations of the coils. The code has been tested by generating coil designs for optimized quasi-axisymmetric stellarator plasma configurations of different aspect ratios. As an initial exercise, a constraint that the windings be vertical was placed on large major radius half of the non-planar coils. Further constraints were also imposed that guaranteed that sector blanket modules could be removed from between the coils, enabling a sector maintenance scheme. Results of this exercise will be presented. New ideas on methods for the optimization of turbulent transport have garnered much attention since these methods have led to design concepts that are calculated to have reduced turbulent heat loss. We have explored possibilities for generating an experimental database to test whether the reduction in transport that is predicted is consistent with experimental observations. To this end, a series of equilibria that can be made in the now latent QUASAR experiment have been identified that will test the predicted transport scalings. Fast particle confinement studies aimed at developing a generalized optimization algorithm are also discussed. A new algorithm developed for the design of the scraper element on W7-X is presented along with ideas for automating the optimization approach.
計算最適化は、ステラレータ設計の分野に革命をもたらした。これまでの最適化は、主に新古典閉じ込めと理想MHD安定性の最適化に焦点が当てられてきたが、他のパラメータの限定的な最適化も行われてきた。本論文の目的は、ステラレータ最適化のための新しい概念の選定群を概説することであり、これらは全体としてステラレータ概念における重要な前進を示すものである。既存の設計手法に対して提起されてきた批判の一つは、結果として得られるコイルの複雑さである。最近、新しいコイル最適化コードであるCOILOPT++が開発され、これはコイルのフーリエ表現の代わりにスプラインを用いるもので、STELLOPTコード群に組み込まれた。この手法の利点は、コイルの位置に関する実空間での制約を追加できることである。このコードは、異なるアスペクト比を持つ最適化された準軸対称ステラレータプラズマ配位に対するコイル設計を生成することによって試験された。最初の試験として、非平面コイルの大半径側半分に巻線が垂直であるという制約が課された。さらに、セクター型ブランケットモジュールがコイル間から取り外し可能であることを保証する制約も課され、これによりセクター保守方式が可能となった。この試験の結果が提示される。乱流輸送の最適化手法に関する新しいアイデアは、これらの手法が計算上、乱流熱損失を低減した設計概念をもたらしたことから、大きな注目を集めている。我々は、予測される輸送の低減が実験観測と一致するかどうかを検証するための実験データベースを構築する可能性を探求してきた。この目的のために、現在建設中のQUASAR実験装置で実現可能な一連の平衡配位が特定され、これにより予測される輸送スケーリング則が検証されることになる。一般化された最適化アルゴリズムの開発を目的とした高速粒子閉じ込め研究についても議論される。W7-Xのスクレーパーエレメント設計のために開発された新しいアルゴリズムが、最適化アプローチの自動化に関するアイデアとともに提示される。