单级基于梯度的仿星器线圈设计：近轴准对称优化

我们提出一种用于仿星器磁约束的新线圈设计范式。我们的方法直接优化线圈形状与线圈电流，以产生在磁轴上具有目标旋转变换的真空准对称磁场。该方法不同于传统的两级方法——先寻找具有理想物理特性的磁构型，再设计近似实现该磁构型的线圈。所提单级方法使我们能在约束与工程需求间找到折衷，即找到具有良好约束特性且易于制造的线圈。利用前向与伴随灵敏度，我们推导了目标中物理量的导数，该目标受非线性周期微分方程约束。在两个数值示例中，我们比较了不同的基于梯度的下降算法，发现通过拟牛顿法纳入近似二阶导数信息对收敛至关重要。我们还探索了极小点邻域的优化地形，发现许多方向上目标基本平坦，表明有充分自由找到简单从而易于制造的线圈。