"Mät två gånger, klippa en gång "är ett gammalt snickarord - en påminnelse om att noggrann planering kan spara tid och material på lång sikt.

Konceptet gäller också design av stellaratorer, som är komplexa kärnfusionsexperiment avsedda att utforska fusionens potential som energikälla. Stellaratorer arbetar genom att begränsa en ring av flammande het plasma inuti ett exakt format magnetfält som genereras av externa elektromagnetiska spolar. När plasma når flera miljoner grader - lika varmt som solens inre - börjar atomkärnor smälta samman, släpper ut massor av energi.

Innan du vrider en enda bult för att bygga en av dessa sällsynta och dyra enheter, ingenjörer skapar krävande planer med hjälp av en serie algoritmer. Dock, en mängd olika spolformer kan alla generera samma magnetfält, lägga till komplexitetsnivåer i designprocessen. Tills nu, få forskare har studerat hur man väljer det bästa bland alla potentiella spiralformer för en specifik stellarator.

University of Maryland fysiker Matt Landreman har gjort en viktig översyn av ett av de vanligaste mjukvaruverktygen som används för att designa stellaratorer. Den nya metoden är bättre på att balansera avvägningar mellan den idealiska magnetfältformen och potentiella spiralformer, vilket resulterar i mönster med mer utrymme mellan spolarna. Detta extra utrymme ger bättre åtkomst för reparationer och fler platser för att installera sensorer. Landremans nya metod beskrivs i en artikel publicerad den 13 februari, 2017 i tidningen Kärnfusion .

"Istället för att optimera endast magnetfältets form, denna nya metod tar hänsyn till komplexiteten hos spiralformarna samtidigt. Så det är lite avvägningar, "sa Landreman, en assisterande forskare vid UMD Institute for Research in Electronics and Applied Physics (IREAP) och ensam författare till forskningsrapporten. "Det är lite som att köpa en bil. Du kanske vill ha den billigaste bilen, men du vill också ha den säkraste bilen. Båda funktionerna kan stå i strid med varandra, så du måste hitta ett sätt att träffas i mitten. "

Forskare använde den tidigare metoden, kallade Neumann Solver for Fields Produced by External Coils (NESCOIL) och beskrevs först 1987, att designa många av stjärnorna i drift idag-inklusive Wendelstein 7-X (W7-X). Den största stjärnan som finns, W7-X startade sin verksamhet 2015 vid Max Planck Institute of Plasma Physics i Tyskland.

"De flesta mönster, inklusive W7-X, började med ett specifikt format magnetfält för att begränsa plasman. Sedan formgivarna formade spolarna för att skapa detta magnetfält, "Landreman förklarade." Men den här metoden krävde vanligtvis mycket test-och-fel med speldesignverktygen för att undvika att spolar kommer för nära varandra, gör dem omöjliga att bygga, eller lämnar för lite utrymme för att komma åt plasmakammaren för underhåll. "

Landremans nya metod, som han kallar Regularized NESCOIL - eller REGCOIL för kort - kommer undan med detta genom att ta itu med spolavståndsfrågan om stellaratordesign samtidigt med utformningen av själva magnetfältet. Resultatet, Landreman sa, är en snabb, mer robust process som ger bättre spiralformer vid första försöket.

Modelleringstester utförda av Landreman tyder på att designen som produceras av REGCOIL begränsar varm plasma i en önskvärd form, samtidigt som minsta avstånd mellan spolarna ökas avsevärt.

"I matematik, vi skulle kalla stellarator coil design för ett 'illa ställt problem, Det betyder att det finns många möjliga lösningar. Att hitta den bästa lösningen är mycket beroende av att ställa problemet på rätt sätt, "Landreman sa." REGCOIL gör exakt det genom att förenkla spolformar på ett sätt som kan lösas mycket effektivt. "

Utvecklingen av kärnfusion som en livskraftig energikälla ligger långt in i framtiden. Men innovationer som Landremans nya metod kommer att bidra till att sänka kostnader och tidsinvesteringar som behövs för att bygga nya stellaratorer för forskning och - så småningom - praktiska, energigenererande applikationer.

"Detta område är fortfarande i grundforskningsstadiet, och varje ny design är helt unik, "Landreman sa." Med dessa inkompatibla funktioner för att balansera, det kommer alltid att finnas olika punkter där du kan besluta att träffa en kompromiss. Med REGCOIL -metoden kan ingenjörer undersöka och modellera många olika punkter längs detta spektrum. "

Forskningspapperet, "En förbättrad strömpotentialmetod för snabb beräkning av stellaratorspiralformer, "Matt Landreman, publicerades den 13 februari 2017 i tidningen Kärnfusion .