ALESIA: Superconducting magnet design through multi-physics optimisation / Outils d’optimisation multi-physique pour la conception des aimants supraconducteurs

Damien Minenna (CEA-IRFU, France)

Designing superconducting magnets presents a challenge due to their multi-physics complexity, diverse analytical tools, and often imprecise specifications. To streamline this process, we introduce ALESIA, a novel optimisation and data management toolbox developed at CEA-IRFU.
ALESIA leverages advanced algorithms, including nonlinear programming techniques, evolutionary algorithms, active learning strategies, and surrogate modelling, to accelerate the design process. By intelligently exploring the parameter space, ALESIA enables rapid convergence towards optimal solutions while minimizing computational cost.
ALESIA’s flexible architecture allows integration with any physics simulation software, encompassing magnetic field calculations (OPERA), and mechanical analysis (CAST3M), but its applicability can be broadening beyond magnet design. Crucially, ALESIA’s automated optimisation loop simultaneously considers all stages – magnetism, conductor properties, mechanics, and quench behaviour – ensuring holistic and robust design solutions.

La conception des aimants supraconducteurs représente un défi majeur en raison de sa complexité multi-physique, de la multitude d’outils de simulation et d’analyse disponibles, ainsi que des spécifications souvent imprécises. Pour relever ce défi, le CEA-IRFU développe ALESIA, un nouvel outil d’optimisation et de gestion des données. ALESIA utilise des algorithmes avancés pour accélérer le processus de conception. En explorant intelligemment l’espace paramétrique, ALESIA permet une convergence rapide vers des solutions optimales tout en minimisant les coûts de calcul.
L’outil s’interface à OPERA pour les simulations du champ magnétique et CAST3M pour l’analyse mécanique, tout en intégrant aussi des modules propres pour le calcul des conducteurs et du quench. La boucle d’optimisation automatisée d’ALESIA prend en compte simultanément toutes les étapes cruciales : magnétisme, conducteur, mécanique et quench, assurant ainsi des solutions de conception holistique et robustes.