用于 EMC3 电场计算的抗噪蒙特卡罗方法
数值分析
2025-10-09 v2 数值分析
等离子体物理
摘要
分析和优化仿星器构型的主要程序之一是 EMC3 程序，它实现了最先进的 3D 蒙特卡罗等离子体边缘输运程序。然而，到目前为止，尚缺乏对 E x B 漂移的自洽处理。已知这种等离子体漂移会显著影响等离子体边缘的粒子和热分布。将这种漂移纳入 EMC3 以提高程序的预测能力是可取的。计算 E x B 漂移需要近似电场 E，它与电势 的梯度成正比。在先前的工作中，该梯度是利用基于电势有限差分近似的最小二乘法计算的。然而，由于 EMC3 的随机性质，该程序计算的输出等离子体场本质上带有噪声。有限差分法进一步放大了噪声，且放大程度随着网格尺寸的减小而增加。我们基于先前引入的一种用于一维导数的新型抗噪方法继续研究。我们将该抗噪方法扩展到二维并将其应用于电势。我们表明，在均匀扩散系数的情况下，可以推导出一个描述电场演化的偏微分方程（PDE）。该 PDE 允许我们通过蒙特卡罗模拟直接近似电场，从而避免了对有限差分近似的需要。我们通过一个测试用例说明了该方法的准确性和抗噪性。
引用
@article{arxiv.2509.19178,
title = {A noise-robust Monte Carlo method for electric field calculations in EMC3},
author = {William De Deyn and Ruben De Wolf and Vince Maes and Giovanni Samaey},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.19178},
year = {2025}
}