Open Access

Jim-Felix Lobsien

• Experience in the construction of optimized stellarators shows the coil system is a significant challenge. The precision necessary allow the generation of accurate flux surfaces in recent experiments affected both cost and schedule negatively. Moreover, recent experiments at Wendelstein 7-X have shown that small field corrections were necessary for the operation of specific desired magnetic configurations. Therefore, robust magnetic configurations in terms of coil geometry and assembly tolerances have a high potential to facilitate swifter and less expensive construction of future, optimized stellarators. We present a new coil optimization technique that is designed to seek out coil configurations that are resilient against 3D coil displacements. This stochastic version of stellarator coil optimization uses the sampling average approach to incorporate an iterative perturbation analysis into the optimization routine. The result is a robust magnetic configuration that simultaneously reproduces the target magnetic field more accurately and leads to a better fusion performing coil configuration.
• Erfahrungen beim Bau von Stellaratoren zeigen, dass das Spulensystem eine erhebliche Herausforderung ist. Bei der Konstruktion bisheriger Experimente führte die Präzision, welche für ordentliche Flussflächen notwendig war, zu erhöhten Kosten und einer späteren Fertigstellung. Des Weiteren haben aktuelle Experimente an Wendelstein 7-X gezeigt, dass kleine Änderungen am magnetischen Feld notwendig waren um bestimmte Magnetfeldkonfigurationen zu betreiben. Aus diesem Grund haben robuste Magnetfeldkonfigurationen bzgl. der Spulengeometrie und der Montagegenauigkeit das Potenzial den Bau eines optimierten Stellarators zu beschleunigen und die Kosten zu senken. In dieser Doktorarbeit präsentieren wir eine Optimierungstechnik, welche designet wurde die Widerstandsfähigkeit von Spulen gegen 3D Perturbationen zu erhöhen. Diese stochastische Version der Spulenoptimierung integriert eine Perturbationsanalyse in die Optimierungsroutine, in dem sie den Durchschnittswert einer Menge von Stichproben optimiert. Das Resultat ist eine robuste Magnetfeldkonfiguration welche zugleich das Zielmagnetfeld besser reproduziert und so zu einer besseren Fusionsleistung führt.