Error fields resulting from deformations of coils are inevitable during fabrication, assembly and operation in all nuclear fusion devices. The magnetic topologies of stellarators are primarily produced by external coils, which are quite sensitive to these error fields, especially the magnetic island configurations. In future experiments, two types of magnetic island configurations with rotational transform ι = 2/5 and 2/6 will be achieved in the Chinese First Quasi-axisymmetric Stellarator (CFQS). Hence, it is essential to evaluate these two resonant error fields resulting from coil deviations. To identify the major coil deformations that have significant effects, each modular coil is examined individually in the standard 2/5 and 2/6 island chains in the CFQS, respectively. The stochastic perturbations are modeled with Gaussian processes and applied to describe irregular deformations in the coils. Several important results are achieved: (i) as the coil perturbations do not satisfy the stellarator (up–down) symmetry, the stellarator-asymmetry error fields appear, which are one order of magnitude lower than the stellarator-symmetry error fields. (ii) The sensitivity of resonant error fields to the same deformations of each coil is different. The deviations of some coils may lead to weak influences on the magnetic island topologies, in some cases being capable of compensating the resonant error fields. (iii) Certain stochastic coil perturbations have the potential to generate more optimal coils since the error fields are not proportional to the amplitude of coil deformations. These findings suggest that relaxing specific coil tolerances is expected to reduce engineering constraints on coil design and fabrication. Furthermore, this work will also help develop a computational model for the mapping experiments to precisely estimate errors in the CFQS magnetic field.
すべての核融合装置において、コイルの変形に起因する誤差磁場は、製作、組み立て、運転中に避けられない。ステラレータの磁気トポロジーは主に外部コイルによって生成されるため、これらの誤差磁場、特に磁気島配位に対して非常に敏感である。将来の実験では、回転変換ι = 2/5および2/6を持つ2種類の磁気島配位が、中国初の準軸対称ステラレータ（CFQS）において実現される予定である。したがって、コイルのずれに起因するこれらの2つの共鳴誤差磁場を評価することが不可欠である。大きな影響を与える主要なコイル変形を特定するため、各モジュラコイルをCFQSの標準的な2/5および2/6磁気島列においてそれぞれ個別に調査する。確率的摂動はガウス過程を用いてモデル化され、コイルの不規則な変形を記述するために適用される。いくつかの重要な結果が得られた：(i) コイル摂動がステラレータ（上下）対称性を満たさないため、ステラレータ非対称誤差磁場が現れるが、その大きさはステラレータ対称誤差磁場より1桁低い。(ii) 各コイルの同じ変形に対する共鳴誤差磁場の感度は異なる。一部のコイルのずれは磁気島トポロジーに弱い影響しか及ぼさない場合があり、場合によっては共鳴誤差磁場を補償することができる。(iii) 誤差磁場はコイル変形の振幅に比例しないため、特定の確率的コイル摂動はより最適なコイルを生成する可能性がある。これらの発見は、特定のコイル公差を緩和することが、コイル設計および製作における工学的制約の低減につながると期待されることを示唆している。さらに、この研究は、CFQS磁場中の誤差を正確に推定するためのマッピング実験の計算モデルの開発にも役立つであろう。