Ny Monte Carlo-kode til løsning af strålingsoverførselsligninger

For nylig, YANG Xiaolin og hans samarbejdspartnere fra Yunnan Observatories of the Chinese Academy of Sciences udviklede en ny hurtig kode, Lemon (Linear Integral Equations' Monte Carlo Solver baseret på Neumann Solution), sigter på at løse strålingsoverførselsprocesserne (RTP'er) præcist. Kodens skema er baseret på lineær integralligning og dens Neumann-serieløsning. Undersøgelsen blev offentliggjort i The Astrophysical Journal Supplement Serie.

RT'er er de mest primære og allestedsnærværende fysiske processer inden for astrofysik, og de spiller en vigtig rolle både i teoretiske undersøgelser og praktiske observationer. For at løse RT'er, forskellige metoder er blevet foreslået, blandt hvilke Monte Carlo (MC) metoden er den vigtigste og mest udbredte numeriske metode på grund af dens enkelhed og alligevel kraftfulde og bemærkelsesværdige præstationer.

Den konventionelle MC-metode (eller fotonsporingsskema), imidlertid, har en iboende defekt, der er den store mængde af beregninger, der normalt giver et resultat med lav statik og stor varians, da en betydelig del af beregningsomkostningerne er totalt spildt.

For at overvinde defekten, Yang Xiaolin og hans samarbejdspartnere foreslog en ny ordning, hvor de foreslog, at MC-metoden, der blev brugt til at løse RT'erne, skulle bygges på integralligningen og dens Neumann-løsning snarere end fotonsporing.

Den nye ordning har store fordele. Det kan tvinge fotonerne til at bidrage til resultaterne på hvert spredningssted, betydelig forbedring af beregningseffektiviteten og nøjagtigheden. Som resultat, fejlen overvindes eller afhjælpes. Det kan behandle RT'erne med og uden polarisationer i en samlet ramme og forenkle beregningsproceduren, hvis den geometriske konfiguration af systemet har en aksial eller sfærisk symmetri. Derudover den kan anvendes direkte til at løse alle lineære differential-integralligninger med passende initial- eller randbetingelser.

Lemon er udviklet fuldstændigt efter denne nye ordning og skrevet på FORTRAN 90 sprog. Det er offentligt tilgængeligt og kan downloades fra:github.com/yangxiaolinyn/Lemon. På nuværende tidspunkt Citron kan løse problemerne med RT'er hovedsageligt begrænset til flad rumtid. For at øge computerhastigheden, Lemon implementerer den enkleste parallelle beregning ved at anvende MPI-skemaet (Message Passing Interface).

Valideringen af ​​Lemon er blevet verificeret ved at gengive resultaterne af flere testproblemer. Man kan opdage, at citron er kendetegnet ved høj hastighed, fleksibilitet i beregningsmetoder, høj effektivitet og nøjagtighed, som garanterer de potentielle anvendelser af Lemon til beregninger af RT'er i fremtiden.