An important goal of stellarator optimization is to achieve good confinement of energetic particles such as, in the case of a reactor, alphas created by deuterium–tritium fusion. In this work, a fixed-boundary stellarator equilibrium was re-optimized for energetic particle confinement via a two-step process: first, by minimizing deviations from quasi-axisymmetry (QA) on a single flux surface near the mid-radius, and secondly by maintaining this improved QA while minimizing the analytical quantity , which represents the angle between magnetic flux surfaces and contours of , the second adiabatic invariant. This was performed multiple times, resulting in a group of equilibria with significantly reduced energetic particle losses, as evaluated by Monte Carlo simulations of alpha particles in scaled-up versions of the equilibria. This is the first time that energetic particle losses in a QA stellarator have successfully been reduced by optimizing . The relationship between energetic particle losses and metrics such as QA error () and in this set of equilibria were examined via statistical methods and a nearly linear relationship between volume-averaged and prompt particle losses was found.
ステラレーター最適化の重要な目標は、例えば炉の場合には重水素-三重水素融合によって生成されるアルファ粒子のような高エネルギー粒子の良好な閉じ込めを達成することである。本研究では、固定境界ステラレーター平衡を、高エネルギー粒子閉じ込めのために2段階のプロセスで再最適化した。第一に、中間半径付近の単一の磁気面上で準軸対称性(QA)からの偏りを最小化し、第二に、この改善されたQAを維持しながら、解析的量( )を最小化する。これは磁気面と第二断熱不変量の等値線との間の角度を表す。これを複数回実行し、平衡のスケールアップ版におけるアルファ粒子のモンテカルロシミレーションによって評価されたように、高能量粒子損失が有意に低減された平衡群を得た。QAスてラレーターにおいて高能量粒子損失を の最適化により低減することに成功したのはこれが初めてである。この一連の平衡における高能量粒子損失と、QA誤差( )や といった指標との関係を統計的手法で調べ、体積平均した と即時粒子損失との間にほぼ線形関係があることを見出した。