El nuevo algoritmo para calcular formas de bobinas electromagnéticas de stellarator (bordes negros sólidos) da como resultado más espacio entre bobinas que el algoritmo anterior (bordes punteados), como es evidente cerca de las flechas grises. Al mismo tiempo, las bobinas del nuevo algoritmo producen con mayor precisión la forma de plasma deseada. La ilustración muestra un cálculo de la geometría del estelarizador W7-X. Crédito:Departamento de Energía de EE. UU.
Un estelarizador es un dispositivo en el que el plasma se puede confinar a temperaturas más altas que el núcleo del sol, utilizando campos magnéticos de bobinas electromagnéticas cuidadosamente formadas. Los científicos modificaron el problema de optimización matemática utilizado para calcular las formas de las bobinas. Aumentaron el espacio entre bobinas. Aumentar el espacio suaviza las curvas cerradas de las bobinas, conservando la velocidad y fiabilidad del método anterior.
Las bobinas electromagnéticas de un estelar son difíciles de diseñar. ¿Por qué? La forma tridimensional precisa necesaria para un buen confinamiento del plasma debe equilibrarse con varias limitaciones:las bobinas no pueden superponerse, debe haber un espacio adecuado entre las bobinas para el acceso de diagnóstico y mantenimiento, y el conductor de la bobina no se puede doblar en una vuelta demasiado cerrada. Al suavizar las formas de las bobinas y aumentar las distancias entre bobinas, este nuevo algoritmo permitirá diseños de stellarator que son más factibles de construir y mantener.
La mejora en las formas de la bobina se logró haciendo una pregunta matemática algo diferente en comparación con la pregunta anterior. En el enfoque anterior, utilizado para diseñar experimentos como el estelarizador W7-X en Alemania y el estelarizador HSX en la Universidad de Wisconsin, las formas de la bobina se optimizaron para producir la mejor aproximación de la forma de plasma deseada, utilizando un pequeño número de funciones seno y coseno para describir las formas de las bobinas. En el nuevo enfoque, las formas de las bobinas están optimizadas para producir la mejor aproximación de la forma de plasma deseada al mismo tiempo que se maximizan las distancias entre las bobinas.
Este tipo de problema en el que maximiza dos criterios que a veces entran en conflicto, tiene muchas analogías familiares en la vida diaria, como cuando está comprando un par de zapatos y desea tanto el precio más bajo como la mejor calidad. En el nuevo algoritmo, el diseñador de bobinas tiene un control más preciso sobre el equilibrio de los objetivos en competencia de "producir la forma de plasma deseada" y "dejar un amplio espacio entre las bobinas".
La nueva investigación muestra que no importa cómo elija lograr este equilibrio, el nuevo algoritmo hace un mejor trabajo maximizando ambos objetivos en comparación con el algoritmo anterior. Al mismo tiempo, el nuevo algoritmo es comparable en velocidad al algoritmo anterior. También es robusto; está garantizado encontrar siempre la solución óptima globalmente y no simplemente una óptima local.
