Stellarators mainly utilize magnetic fields from external coils to confine the plasma, enabling steady-state operation while avoiding instabilities like disruptions raised from plasma currents. Similar to tokamaks, the fusion power of stellarators is proportional to . High-temperature superconducting (HTS) coils can withstand high currents and thus offer significant advantages in enhancing fusion power or reducing the machine size. However, HTS materials, particularly Rare Earth-Barium-Copper Oxide, present unique electromagnetic and mechanical properties that pose new challenges for designing stellarator coils. To address these challenges, we developed a new code, FOCUS-HTS, built on its predecessor, FOCUS. FOCUS-HTS can model coils as either filaments or finite-build shapes using the Fourier representation or cubic B-splines. In addition to standard physics and engineering targets, FOCUS-HTS can optimize tape strains, electromagnetic (EM) forces, and critical current densities. Developed in Python with automatic differentiation, the code allows easy interfacing and GPU acceleration. For demonstrations, FOCUS-HTS has been used to reduce the EM force of the W7-X coils and design HTS coils for a precisely quasi-axisymmetric stellarator.
ステラレーターは主に外部コイルからの磁場を利用してプラズマを閉じ込め、プラズマ電流に起因するディスラプションのような不安定性を回避しつつ、定常運転を可能にする。トカマクと同様に、ステラレーターの核融合出力は に比例する。高温超伝導(HTS)コイルは大電流に耐えることができ、したがって核融合出力の向上または装置サイズの縮小において大きな利点をもたらす。しかしながら、HTS材料、特に希土類-バリウム-銅酸化物は、独特の電磁気的および機械的特性を示し、ステラレーターコイルの設計に新たな課題を提起する。これらの課題に対処するため、我々はその前身であるFOCUSを基に、新しいコードFOCUS-HTSを開発した。FOCUS-HTSは、フーリエ表現または3次Bスプラインを用いて、コイルをフィラメントまたは有限ビルド形状のいずれかとしてモデル化できる。標準的な物理および工学的ターゲットに加えて、FOCUS-HTSはテープひずみ、電磁(EM)力、および臨界電流密度を最適化できる。自動微分を備えたPythonで開発されたこのコードは、容易なインターフェース化とGPU加速を可能にする。実証として、FOCUS-HTSはW7-Xコイルの電磁力を低減し、精密に準軸対称なステラレーター用のHTSコイルを設計するために使用されてきた。