被稱為仿星器的融合實驗通過將大量過熱等離子體(橙色水平質(zhì)量)限制在由外部電磁線圈(多色垂直帶)產(chǎn)生的磁場內(nèi)來工作。UMD物理學(xué)家對用于設(shè)計這些復(fù)雜線圈形狀的軟件工具進行了修訂，使研究人員能夠創(chuàng)建更好的設(shè)計，并在線圈之間留出更多空間進行維修和儀器安裝。實線表示由舊軟件制作的形狀，而虛線表示由新軟件制作的形狀。

“測量兩次，切一次”是一位老木匠的諺語 - 提醒人們，從長遠來看，精心策劃可以節(jié)省時間和材料。

該概念也適用于仿星器的設(shè)計，這是一種復(fù)雜的核聚變實驗，旨在探索聚變作為能源的潛力。仿星器通過將一圈熾熱等離子體限制在由外部電磁線圈產(chǎn)生的精確成形磁場內(nèi)來工作。當(dāng)?shù)入x子體達到幾百萬度時 - 與太陽內(nèi)部一樣熱 - 原子核開始融合在一起，釋放出大量的能量。

在使用單個螺栓構(gòu)建這些稀有且昂貴的設(shè)備之一之前，工程師使用一系列算法創(chuàng)建嚴(yán)格的計劃。然而，各種各樣的線圈形狀都可以產(chǎn)生相同的磁場，從而增加了設(shè)計過程的復(fù)雜程度。到目前為止，很少有研究人員研究如何在特定仿星器的所有潛在線圈形狀中選擇最佳。

“不僅僅優(yōu)化磁場形狀，這種新方法同時考慮了線圈形狀的復(fù)雜性。因此需要進行權(quán)衡，”UMD電子與應(yīng)用物理研究所助理研究科學(xué)家Landreman說。 (IREAP)和研究論文的唯一作者。“這有點像買車。你可能想要最便宜的車，但你也想要最安全的車。這兩種功能可能相互矛盾，所以你必須找到一種方法在中間見面。”

研究人員使用前一種方法，稱為外部線圈產(chǎn)生的Neumann解算器(NESCOIL)，并于1987年首次描述，設(shè)計了許多今天運行的仿星器 - 包括Wendelstein 7-X(W7-X)。作為現(xiàn)存最大的仿星器，W7-X于2015年在德國馬克斯普朗克等離子體物理研究所開始運作。

“大多數(shù)設(shè)計，包括W7-X，都是采用特殊形狀的磁場開始，以便很好地限制等離子體。然后設(shè)計師將線圈整形成磁場，”Landreman解釋道。“但是這種方法通常需要對線圈設(shè)計工具進行大量的反復(fù)試驗，以避免線圈過于靠近，使其無法構(gòu)建，或留下太少空間進入等離子體室進行維護。”

Landreman的新方法，他稱之為Regularized NESCOIL - 或簡稱REGCOIL--通過解決仿星器設(shè)計的線圈間距問題以及磁場本身的形狀來解決這個問題。Landreman說，結(jié)果是一個快速，更強大的過程，在第一次嘗試時產(chǎn)生更好的線圈形狀。

Landreman進行的建模測試表明，REGCOIL生產(chǎn)的設(shè)計將熱等離子體限制在理想的形狀，同時顯著增加了線圈之間的最小距離。

“在數(shù)學(xué)方面，我們稱仿星電路設(shè)計是一個'不合適的問題'，這意味著有很多潛在的解決方案。找到最佳解決方案很大程度上取決于以正確的方式解決問題，”Landreman說。“REGCOIL正是通過簡化線圈形狀來解決問題，以便能夠非常有效地解決問題。”

核聚變作為可行的能源的發(fā)展仍然遙遙無期。但Landreman的新方法等創(chuàng)新將有助于降低為研究建造新型仿星器所需的成本和時間投入，并最終降低實際的能源生產(chǎn)應(yīng)用。

“這個領(lǐng)域仍處于基礎(chǔ)研究階段，每一個新設(shè)計都是獨一無二的，”Landreman說。“通過這些不兼容的功能來平衡，總會有不同的點，你可以決定做出妥協(xié).REGCOIL方法允許工程師檢查和模擬這個頻譜上的許多不同點。”