A new stellarator coil design code is introduced that optimizes the position and winding pack orientation of finite-build coils. The new code, called flexible optimized curves in space using automatic differentiation (AD) and finite build (FOCUSADD), performs gradient-based optimization in a high-dimensional, non-convex space. The derivatives with respect to parameters of finite-build coils are easily and efficiently computed using AD. FOCUSADD parametrizes coil positions in free space using a Fourier series and uses a multi-filament approximation to the coil winding pack. The orientation of the winding pack is parametrized with a Fourier series and can be optimized as well. Optimized finite-build coils for a Wendelstein 7-X (W7-X)-like stellarator are found, and compared with filamentary coil results. The final positions of optimized finite-build W7-X-like coils are shifted, on average, by approximately 2.5 mm relative to optimized filamentary coils. These results suggest that finite-build effects should be accounted for in the optimization of stellarators with low coil tolerances.
新しい有限製作コイルの位置と巻線パックの向きを最適化する新しいステラレーターコイル設計コードを紹介する。自動微分(AD)と有限製作を用いた空間内の柔軟な最適化曲線(FOCUSADD)と呼ばれる新しいコードは、高次元の非凸空間で勾配ベースの最適化を実行する。有限製作コイルのパラメータに関する導関数は、ADを用いて容易かつ効率的に計算される。FOCUSADDは、フーリエ級数を用いて自由空間内のコイル位置をパラメータ化し、コイル巻線パックにマルチフィラメント近似を使用する。巻線パックの向きはフーリエ級数でパラメータ化され、同様に最適化できる。ヴェンデルシュタイン7-X(W7-X)類似のステラレーター用に最適化された有限製作コイルが見つかり、フィラメント状コイルの結果と比較される。最適化された有限製作W7-X類似コイルの最終位置は、最適化されたフィラメント状コイルと比較して、平均で約2.5mmずれている。これらの結果は、コイル公差が小さいステラレーターの最適化では、有限製作効果を考慮すべきであることを示唆している。