Finding an easy-to-build coils set has been a critical issue for stellarator design for decades. Conventional approaches assume a toroidal 'winding' surface, but a poorly chosen winding surface can unnecessarily constrain the coil optimization algorithm, This article presents a new method to design coils for stellarators. Each discrete coil is represented as an arbitrary, closed, one-dimensional curve embedded in three-dimensional space. A target function to be minimized that includes both physical requirements and engineering constraints is constructed. The derivatives of the target function with respect to the parameters describing the coil geometries and currents are calculated analytically. A numerical code, named flexible optimized coils using space curves (FOCUS), has been developed. Applications to a simple stellarator configuration, W7-X and LHD vacuum fields are presented.
数十年にわたり、ステラレーター設計にとって、製作しやすいコイルセットを見つけることは重大な課題であった。従来のアプローチではトロイダルな「巻線」面を仮定するが、適切でない巻線面を選ぶと、コイル最適化アルゴリズムを不必要に制約し得る。本論文では、ステラレーター用コイルを設計する新しい方法を提示する。各々の離散コイルは、三次元空間に埋め込まれた任意の閉じた一次元曲線として表現される。物理的要件と工学的制約の両方を含む、最小化すべき目標関数を構築する。コイル形状と電流を記述するパラメータに関する目標関数の導関数を解析的に計算する。FOCUS（flexible optimized coils using space curves）と名付けられた数値コードを開発した。単純なステラレーター配位、W7-XおよびLHDの真空磁場への応用を示す。