Permanent Magnet Optimization for Nuclear Fusion Reactors

A otimização de equilíbrios magnéticos revolucionou a investigação em stellarators equiparando-os aos tokamaks e trazendo este modelo para o topo da fusão nuclear. No entanto, não é suficiente obter equilíbrios que apresentem resultados ótimos numericamente. É crucial garantir que possam ser reproduzidos com sistemas magnéticos reais. Embora o W7-X tenha sido bem-sucedido em demonstrar experimentalmente a viabilidade de stellarators otimizados, o processo de construção das bobinas revelou-se um grande desafio.

Como tal, a procura por formas alternativas de gerar equilíbrios stellarator altamente otimizados é de extrema importância. Neste trabalho, o módulo de otimização SIMSOPT é utilizado para explorar o potencial dos ímanes permanentes como uma ferramenta complementar ou uma solução alternativa às bobinas modulares, tendo duas aplicações em mente: o uso de ímanes permanentes como uma forma de corrigir erros nos campos magnéticos de bobinas modulares e a possibilidade de converter um tokamak num stellarator.

O primeiro tenta combinar as vantagens dos ímanes permanentes com o conhecimento já estabelecido em bobinas modulares. Demonstrou-se que os ímanes permanentes são uma ferramenta eficaz para a correção de campos de erro, pelo menos até escalas e campo magnético comparáveis ao W7-X. O segundo representa uma forma de aumentar o número de stellarators em operação, acelerando a pesquisa em stellarators, através da reutilização de componentes de tokamaks desativados.

Com o crescente interesse no conceito de stellarators, esta poderia ser uma solução economicamente viável para permitir que mais centros de investigação participem em novos estudos de energia a fusão. Um caso concreto, o ISTTOK, é analisado em detalhe, determinando que opções seriam viáveis na transformação deste tokamak num stellarator.