We have developed a fast method to design perpendicular permanent magnets for simplifying stellarator coils based on existing codes. Coil complexity is one of the main challenges for stellarators. To date, only electromagnetic coils have been used to generate 3D fields for stellarators. Permanent magnets provide an alternative way to produce the desired magnetic field for optimized stellarators. In this paper, we revisit the concept of representing surface current using magnetic dipoles and carry out numerical validations. A surface magnetization is proven to be equivalent to the surface current that can be linearly solved by existing coil design codes. An incremental multi-layer method has been developed to obtain a practical solution that is attainable with present permanent magnets. With this method, we can reproduce a half-Tesla NCSX configuration using specially designed neodymium magnets together with simple planar coils. It shows that stellarator coils could be substantially simplified by adopting permanent magnets.
我々は、既存のコードに基づいてステラレーターコイルを簡素化するための垂直永久磁石を設計する高速手法を開発した。コイルの複雑さは、ステラレーターの主要な課題の一つである。これまで、ステラレーターの3次元磁場を生成するためには電磁コイルのみが使用されてきた。永久磁石は、最適化されたステラレーターの所望の磁場を生成するための代替手段を提供する。本論文では、磁気双極子を用いて表面電流を表現する概念を再検討し、数値検証を実施する。表面磁化は、既存のコイル設計コードによって線形に解くことができる表面電流と等価であることが証明される。現在の永久磁石で実現可能な実用的な解を得るために、増分多層法が開発された。この手法により、特別に設計されたネオジム磁石と単純な平面コイルを用いて、半テスラのNCSX配位を再現することができる。これは、永久磁石を採用することでステラレーターコイルを大幅に簡素化できることを示している。