We introduce a topology optimization method to design permanent magnets for advanced stellarators. Recent research shows that permanent magnets have great potential to simplify stellarator coils. We adopt state-of-the-art numerical techniques to determine the presence of magnets in the entire design space. The FAMUS code is developed and it can design engineering-feasible permanent magnets for general stellarators satisfying the constraints of the maximum material magnetization and explicit forbidden regions. FAMUS has been successfully verified against the previously proposed linear method. Three different permanent magnet designs together with planar TF coils for a half-Tesla NCSX configuration have been obtained for demonstrations. The designs have good accuracy in generating the desired equilibrium and offer considerably large plasma access on the outboard side. The results show that FAMUS is a flexible, advanced numerical tool for future permanent magnet stellarator designs.
本稿では、先進的ステラレーター向け永久磁石を設計するためのトポロジー最適化手法を紹介する。最近の研究により、永久磁石がステラレーターのコイルを大幅に簡素化する可能性を有することが示されている。我々は、最先端の数値手法を採用し、設計空間全体における磁石の配置を決定する。FAMUSコードを開発し、これは材料の最大磁化および明示的な禁止領域の制約を満たす、工学的に実現可能な一般ステラレーター用永久磁石を設計することができる。FAMUSは、既に提案されている線形手法に対して検証が完了している。実証のため、半テスラのNCSX配位に対して、平面トロイダル磁場コイルと組み合わせた3つの異なる永久磁石設計が得られた。これらの設計は、所望の平衡を生成する上で良好な精度を有し、外側領域においてかなり大きなプラズマアクセスを提供する。結果は、FAMUSが将来の永久磁石ステラレーター設計のための柔軟で先進的な数値ツールであることを示している。