C^2-Ray：一种光子守恒的电离辐射输运新方法

我们提出了一种计算电离辐射输运的新数值方法，称为C^2-Ray=守恒、因果射线追踪法。该方法明确地保持光子数守恒，因此电离光子被束缚-自由不透明度消耗的量保证等于这些光子引起的光电离量。因此，网格单元可以很大且光学厚度很高而不会损失精度。该方法还使用每个时间步的电离速率方程的解析弛豫解，该解可以容纳远大于特征电离时间和电离前沿穿越时间的时间步长。总之，这些特性使得可以比以往方法用更少的单元和时间步长沿射线积分输运方程。对于多维计算，该代码使用短特征射线追踪。C^2-Ray非常适合将辐射输运与气体和N体动力学方法耦合，无论是在固定网格还是自适应网格上，都不会对时间步长和网格间距施加额外限制。我们展示了该代码的几个测试，涉及在一维和三维、均匀和非均匀密度场中电离前沿的传播。我们将结果与电离前沿位置和速度的解析解进行比较，其中一些解析解是我们首次推导出来的。