Postdoc (all genders) – Development of Simulation Codes for High-Energy Laser Systems for Fusio[...]

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine der weltweit führenden Teilchenbeschleunigeranlagen für die Grundlagenforschung. Zusammen mit internationalen Partnern baut GSI derzeit FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eines der größten Forschungsprojekte weltweit. GSI und FAIR bieten die Möglichkeit, in einem internationalen Umfeld innerhalb eines engagierten Teams zu arbeiten, das sich der wissenschaftlichen Exzellenz verschrieben hat.

Im Rahmen des Forschungsprojekts LASE-FUSE suchen wir zum frühestmöglichen Zeitpunkt:

Projektkontext (LASE-FUSE):

Kernfusion wird seit langem als nachhaltige und nahezu unerschöpfliche Energiequelle angestrebt. Trotz bedeutender Durchbrüche – wie dem Nettoenergiegewinn, der am National Ignition Facility (NIF) durch Inertial Confinement Fusion (ICF) erzielt wurde – bleibt der Weg zu einem wirtschaftlich tragfähigen Fusionskraftwerk äußerst herausfordernd. Eine wesentliche Einschränkung der aktuellen Ansätze, insbesondere derjenigen, die auf der indirekten Laseranregung von Fusionsbrennstoffkapseln basieren, ist die ineffiziente Umwandlung von Laserenergie in fusionsrelevante Bedingungen. Direkte Antriebskonzepte versprechen, diese Einschränkung zu überwinden, indem sie den Zwischenschritt der Röntgenumwandlung eliminieren. Allerdings stellen sie außergewöhnlich hohe Anforderungen an bestehende und zukünftige Lasertechnologien. Angesichts der Komplexität solcher Lasersysteme – stark nichtlineare und gekoppelte Prozesse entlang der gesamten Laser-Kette, von der Verstärkung und Strahlformung bis zur Pulsmodulation – ist die Entwicklung prädiktiver, ganzheitlicher Simulationswerkzeuge unerlässlich.

Im Kern von LASE-FUSE steht die Entwicklung einer umfassenden Simulationsplattform im Sinne eines digitalen Zwillings für eine Hochenergie-Lasereinrichtung. Diese Plattform bildet das Verhalten realer Lasersysteme virtuell ab und dient als prädiktives Werkzeug für Systemanalysen, Optimierungen und schnelle Tests neuer Laser-Konzepte, die im Rahmen des Projekts entwickelt und evaluiert werden. Ziel ist es, einen flexiblen Rahmen zu schaffen, der alle Phasen der Laser-Kette integriert und eine realistische Darstellung der Systemdynamik bietet.

Die ausgeschriebene Position spielt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und Integration fortschrittlicher numerischer Modelle für die realistische Simulation von Hochenergie-Lasersystemen im Rahmen von LASE-FUSE.

Ihre Aufgaben:

• Weiterentwicklung der Simulationssoftware OPOSSUM für die Modellierung kompletter Hochenergie-Lasersysteme als digitalen Zwilling.
• Integration und Optimierung von Verstärkungs- und Transportmodellen für Pulse/Bestrahlungen in komplexen Laserarchitekturen.
• Implementierung, Wartung und Weiterentwicklung von fusionsspezifischen Codes – beispielsweise für spektral inkohärente Pulse und Fokussierung – die im Rahmen von LASE-FUSE-PhD-Projekten entwickelt wurden.
• Implementierung realistischer Detektorsystemmodelle und Schnittstellen für experimentelle Benchmarks.
• Entwurf, Bau und Unterstützung von experimentellen Testaufbauten zur Validierung von Simulationsansätzen.
• Datenanalyse zur Validierung und Benchmarking optischer Simulationsmodelle.
• Betreuung und wissenschaftliche Anleitung von Doktoranden.
• Enge Zusammenarbeit mit internen Projektpartnern (Gruppenleitern, Postdocs, Doktoranden) und externen Partnern aus Forschung und Industrie.
• Dokumentation und Pflege der entwickelten Codes in Git-Repositories.
• Veröffentlichung von Ergebnissen in wissenschaftlichen Zeitschriften und auf internationalen Konferenzen.

Ihr Profil:

• Promotion in Physik, idealerweise mit Schwerpunkt auf Laserphysik, Optik, Photonik oder einem verwandten Bereich.
• Fundierte Kenntnisse in numerischer Simulation, Hochenergie-Lasertechnologien und experimenteller Umsetzung.
• Erfahrung in der Entwicklung und Integration wissenschaftlicher Software.
• Starke Programmierkenntnisse, idealerweise in Rust, Python oder C++.
• Praktische Erfahrung mit optischen Laboratorien wünschenswert.
• Selbstständige, strukturierte Arbeitsweise sowie Teamarbeit und Kommunikationsfähigkeiten.
• Erfahrung in der Betreuung und Anleitung von Nachwuchswissenschaftlern ist von Vorteil.
• Gute Englischkenntnisse in Wort und Schrift; Kenntnisse der deutschen Sprache oder die Bereitschaft, diese zu erwerben, sind ein Plus.

Wir bieten:

• Beschäftigung am GSI im Rahmen des LASE-FUSE-Projekts, in enger Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern bei FAIR und darüber hinaus.
• Eine zentrale Rolle bei der Weiterentwicklung eines digitalen Zwillings für Hochenergie-Lasersysteme im Kontext der Fusion.
• Teilnahme an einem hochaktuellen Forschungsbereich in der lasergetriebenen Kernfusion.
• Freiheit, eigene wissenschaftliche Konzepte und Ideen innerhalb der Projektstruktur einzubringen.
• Gelegenheiten zur Veröffentlichung und Teilnahme an internationalen Konferenzen.
• Enge Zusammenarbeit mit führenden Forschungseinrichtungen und Industriepartnern im Bereich der Fusionsenergie.
• Flexible Arbeitsbedingungen, einschließlich bis zu zwei Tagen Homeoffice pro Woche (je nach aktuellen Aufgaben), und eine gute Work-Life-Balance.
• Zugang zu einer einzigartigen experimentellen Umgebung und modernen Forschungsinfrastrukturen am GSI/FAIR.

Die Dauer der Stelle ist auf 4,5 Jahre (54 Monate) befristet. GSI unterstützt die berufliche Entwicklung von Frauen. Daher werden Frauen besonders ermutigt, sich auf diese Stelle zu bewerben. Schwerbehinderte Personen werden bei gleicher Qualifikation bevorzugt berücksichtigt.

Für Fragen wenden Sie sich bitte an Dr. Yannik Zobus.