近期，合肥研究院等離子體所徐國盛研究員課題組在準軸對稱永磁體仿星器設計研究方面取得重要進展，發展了可高精度產生仿星器所需極向磁場的永磁體方案，提出“two-step"磁體設計策略，為后續開展可批量制造的標準化磁體設計奠定了重要基礎。相關成果發表在期刊Nuclear Fusion上。

　　近年來，先進仿星器磁約束聚變發展迅速。德國全超導大型仿星器W7-X最新的實驗達到了和托卡馬克相當的等離子體約束水平，成果于2021年8月發表在Nature期刊上，這意味著先進仿星器有潛力成為實現聚變能的一個重要途徑。準軸對稱仿星器是一種更先進的仿星器位形，結合了托卡馬克的優點，可使仿星器更加緊湊和廉價，是國際研究的熱點。然而，現有仿星器依靠三維扭曲的線圈來產生磁場位形，線圈結構較為復雜，加工制造難度大、成本高。最近，用永磁體來簡化仿星器線圈的概念被提出，這一重要創新可能會加速仿星器的發展。永磁體不耗能、成本低、天然穩態，有潛力極大降低仿星器的建造和運行成本。將準軸對稱位形和永磁體結合起來的先進仿星器將成為極具競爭力的低成本穩態磁約束聚變研究裝置。然而，準軸對稱永磁體仿星器需要的永磁體塊數量龐大，大約是10⁴~10⁶量級。若無法對磁體進行標準化，其加工制造、裝配的難度和成本甚至可能遠超三維線圈。因此，如何簡化永磁體塊的形狀結構、優化每一個永磁體塊的布置（包括位置和磁化方向）進而發展出可批量制造的標準化磁體是永磁體仿星器研究的重要目標。

　　近期，徐國盛研究員課題組在準軸對稱永磁體仿星器設計方面開展了一系列研究工作，對永磁體標準化做了前期探索研究：（1）基于傅里葉分解以及表面磁荷法發展了安裝在繞組曲面上且磁化方向垂直于等離子體表面的磁體安裝方案，該方法能夠以極高的精度產生所需磁場位型且最小化永磁體用量，所有磁體塊均勻磁化且剩磁強度相同，具備一定的工程可行性；（2）提出了一個穩健、高效、邏輯簡單、且非常易于推廣發展適用于各種永磁體布置方案的“two-step”磁體設計策略，基于此設計策略，課題組發展了磁化方向垂直于等離子體表面的磁體設計方法，該方法可以快速給出與（1）一致的結果并可自動設計窗口。由于該策略采用了“分治策略”思想，將數以萬計甚至十萬計的磁體塊設計過程分解為獨立設計每一塊磁體，進而迭代求解，因此對每一塊磁體的具體形式都具有非常大的自主權，容易直接進行工程磁體設計。垂直磁體設計方法成功驗證了“two-step”磁體設計策略的實用性，這為后續開展可批量制造的標準化磁體設計奠定了重要基礎。

　　論文鏈接：

　　https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abcdb6 

　　https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ac1710 

　　圖一：“two-step”磁體設計策略設計垂直磁體

　　圖二：“two-step”磁體設計策略與傅里葉法可給出高度一致的磁體設計

　　圖三：“two-step”磁體設計策略可自動設計窗口