Le nouvel algorithme de calcul des formes de bobines électromagnétiques Stellarator (bords noirs pleins) donne plus d'espace entre les bobines que l'algorithme précédent (bords en pointillés), comme on le voit près des flèches grises. À la fois, les bobines du nouvel algorithme produisent plus précisément la forme de plasma souhaitée. L'illustration montre un calcul pour la géométrie du stellarator W7-X. Crédit :Département américain de l'Énergie
Un stellarator est un appareil dans lequel le plasma peut être confiné à des températures plus chaudes que le cœur du soleil, utilisant des champs magnétiques provenant de bobines électromagnétiques soigneusement formées. Les scientifiques ont modifié le problème d'optimisation mathématique utilisé pour calculer les formes des bobines. Ils ont augmenté l'espace entre les bobines. L'augmentation de l'espace lisse les virages serrés des bobines, tout en préservant la rapidité et la fiabilité de la méthode précédente.
Les bobines électromagnétiques d'un stellarator sont difficiles à concevoir. Pourquoi? La mise en forme 3D précise nécessaire à un bon confinement du plasma doit être contrebalancée par plusieurs contraintes :les bobines ne peuvent pas se chevaucher, il doit y avoir un espace suffisant entre les bobines pour l'accès au diagnostic et à la maintenance, et le conducteur de la bobine ne peut pas être plié dans un virage trop serré. En lissant les formes des bobines et en augmentant les distances inter-bobines, ce nouvel algorithme permettra des conceptions de Stellarator plus faciles à construire et à entretenir.
L'amélioration des formes de bobines a été obtenue en posant une question mathématique quelque peu différente par rapport à la question posée précédemment. Dans l'approche précédente, utilisé pour concevoir des expériences telles que le stellarator W7-X en Allemagne et le stellarator HSX à l'Université du Wisconsin, les formes de bobines ont été optimisées pour donner la meilleure approximation de la forme de plasma souhaitée, en utilisant un petit nombre de fonctions sinus et cosinus pour décrire les formes de bobine. Dans la nouvelle approche, les formes de bobines sont optimisées pour donner la meilleure approximation de la forme de plasma souhaitée en même temps que les distances entre les bobines sont maximisées.
Ce genre de problème, dans lequel vous maximisez deux critères qui parfois s'opposent, a de nombreuses analogies familières dans la vie quotidienne, comme lorsque vous achetez une paire de chaussures et que vous voulez à la fois le prix le plus bas et la meilleure qualité. Dans le nouvel algorithme, le concepteur de bobines a un contrôle plus précis sur l'équilibrage des objectifs concurrents de « produire la forme de plasma souhaitée » et de « laisser suffisamment d'espace entre les bobines ».
La nouvelle recherche montre que peu importe comment vous choisissez de trouver cet équilibre, le nouvel algorithme maximise mieux les deux objectifs par rapport à l'algorithme précédent. À la fois, le nouvel algorithme est comparable en vitesse à l'algorithme précédent. Il est également robuste; il est garanti de toujours trouver la solution optimale globalement et pas seulement un optimum local.
