In the design of stellarators, energetic particle confinement is a critical point of concern which remains challenging to study from a numerical point of view. Standard Monte Carlo analyses are highly expensive because a large number of particle trajectories need to be integrated over long time scales, and small time steps must be taken to accurately capture the features of the wide variety of trajectories. Even when they are based on guiding center trajectories, as opposed to full-orbit trajectories, these standard Monte Carlo studies are too expensive to be included in most stellarator optimization codes. We present the first multifidelity Monte Carlo scheme for accelerating the estimation of energetic particle confinement in stellarators. Our approach relies on a two-level hierarchy, in which a guiding center model serves as the high-fidelity model, and a data-driven linear interpolant is leveraged as the low-fidelity surrogate model. We apply multifidelity Monte Carlo to the study of energetic particle confinement in a 4-period quasi-helically symmetric stellarator, assessing various metrics of confinement. Stemming from the very high computational efficiency of our surrogate model as well as its sufficient correlation to the high-fidelity model, we obtain speedups of up to 10 with multifidelity Monte Carlo compared to standard Monte Carlo.
翻译:在设计恒星器时,高能粒子封存是一个关键的关切点,从数字角度来说,仍然难以研究。标准蒙特卡洛分析非常昂贵,因为大量粒子轨迹需要长期整合,并且必须采取小时间步骤准确捕捉各种轨迹的特征。即使这些粒子系基于指导中心轨迹,而不是全轨轨轨迹,这些标准的蒙特卡洛研究也太昂贵,无法纳入大多数恒星优化代码。我们提出了第一个加速在恒星体中估算高能粒子封存的多纤维蒙特卡洛计划。我们的方法依赖于两个层次的层次,其中指导中心模型作为高紫外线模型,数据驱动线性内插器作为低纤维轨迹模型的杠杆。我们把多纤维蒙特卡洛用于研究高能粒子封存的4期准太阳度优化代码,评估各种加速高能粒子封存的蒙特卡洛计划。我们的方法依赖于一个指导中心模型作为高纤维模型的模型,从一个高水平的模型到一个高水平的双向模型,从一个高度的计算,从一个高度的轨道,从一个高度的计算,从一个高度的计算,从一个高度的轨道,从一个高度的模型到一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,到一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的,从一个,从一个高度的,从一个,从一个,从一个高度的,从一个高度的,从一个高度的, 的,从一个高度的,从一个高度的,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个, 的,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,一个,一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,从一个,