磁梯度尺度长度如何影响星际托管中纤维线圈的复杂度?
等离子体物理
2026-02-24 v1
摘要
最后闭合通道面（LCFS）与最近的电磁线圈之间的距离是星际托管成本、尺寸和工程难度的主要决定因素。最近的磁梯度尺度长度——记作 L_gradB——被证明是优化以电流形式存在于某一紧密曲面上时（例如通过 REGCOIL 方法）的最小线圈-面距离的良好代理值。然而，尚未证明相同的也适用于纤维线圈，或磁梯度尺度长度是否是优化的有效目标函数。本文中，我们探讨了 min(L_gradB) 与纤维线圈最小线圈-面距离相关性的实例。首先，我们分析了 QUASR 数据集中一部分单阶段优化平衡态的子集[Giuliani 等，JPP (2024)]。我们发现大多数配置的 min(L_gradB) 位于最近的线圈-面距离附近。其次，我们优化准Helix对称平衡态以改进 min(L_gradB)，并通过连续方法优化线圈。我们随后追踪 α 粒子以测试约束。最后，我们将 min(L_gradB) 与包含随机边界形状的有限 β 平衡态的纤维线圈最小线圈-面距离进行比较。对于所有数据集，我们发现 min(L_gradB) 与最小线圈-面距离以及线圈-线圈距离都相关，只要允许足够的线圈长度。即使在与约束代理之间存在权衡时，优化以改进 min(L_gradB) 仍可在存在线圈的情况下获得更好的约束，直至某一点。这是因为——在保持线圈-线圈距离不变的前提下——最小 min(L_gradB) 的平衡态因线圈波纹引起的正常场误差而较大，导致粒子损失。通过增加具有高 min(L_gradB) 的平衡态的线圈-面距离，可以降低这两种因素。
引用
@article{arxiv.2602.18974,
title = {How Does The Magnetic Gradient Scale Length Influence Complexity of Filamentary Coils in Stellarators?},
author = {John Kappel and Matt Landreman and Philipp Jurašić and Sophia A Henneberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.18974},
year = {2026}
}