Postdoc (w/m/d) – Entwicklung von Simulationscodes für Hochenergielasersysteme im Kontext der L[...]

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine der weltweit führenden Teilchenbeschleunigeranlagen für die Grundlagenforschung. Gemeinsam mit internationalen Partnern baut GSI derzeit die neue FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eines der größten Forschungsprojekte weltweit. GSI und FAIR bieten die Möglichkeit, in einem internationalen Umfeld mit einem engagierten Team zu arbeiten, das sich exzellenter Wissenschaft verpflichtet fühlt.

Im Rahmen des Forschungsprojekts LAser Simulation for Enhanced FUSion Efficiency (LASE-FUSE) suchen wir zum nächstmöglichen Zeitpunkt einen Postdoc (w/m/d) zur Entwicklung von Simulationscodes für Hochenergielasersysteme im Kontext der Laserfusion.

Die Kernfusion wird seit Langem als nachhaltige und nahezu unerschöpfliche Energiequelle angestrebt. Trotz bedeutender Durchbrüche, wie dem an der National Ignition Facility erzielten Nettoenergiegewinn durch Trägheitsfusion (Inertial Confinement Fusion, ICF), bleibt der Weg zu einem wirtschaftlich rentablen Fusionskraftwerk weiterhin herausfordernd. Eine zentrale Einschränkung aktueller Ansätze, insbesondere solcher auf Basis der indirekten Laserbestrahlung („indirect drive“) von Fusionsbrennstoffkapseln (Targets), liegt in der ineffizienten Umwandlung von Laserenergie in fusionsrelevante Bedingungen. Konzepte mit direkter Laserbestrahlung („direct drive“) versprechen, diese Einschränkung zu überwinden, indem sie den Zwischenschritt der Röntgenumwandlung eliminieren. Gleichzeitig stellen sie jedoch außergewöhnlich hohe Anforderungen an bestehende und zukünftige Lasertechnologien.

Angesichts der Komplexität solcher Lasersysteme – mit stark nichtlinearen und gekoppelten Prozessen entlang der gesamten Laserkette, von der Verstärkung über die Strahlformung bis hin zur Pulsmodulation – ist die Entwicklung prädiktiver, holistischer Simulationswerkzeuge unerlässlich. Im Zentrum von LASE-FUSE steht daher die Entwicklung einer umfassenden Simulationsplattform im Sinne eines Digital Twins einer Hochenergie-Laseranlage. Diese Plattform bildet das Verhalten realer Lasersysteme virtuell ab und dient als prädiktives Werkzeug zur Systemanalyse, Optimierung sowie zum schnellen Test neuer Laserkonzepte, die im Projekt entwickelt und evaluiert werden. Ziel ist die Entwicklung eines flexiblen Frameworks, das sämtliche Stufen der Laserkette integriert und eine realitätsnahe Abbildung der Systemdynamik ermöglicht.

Die ausgeschriebene Position spielt eine zentrale Rolle bei der Weiterentwicklung und Integration fortgeschrittener numerischer Modelle zur realistischen Simulation von Hochenergielasersystemen im Rahmen von LASE-FUSE.

Ihre Aufgaben:

• Weiterentwicklung der Simulationssoftware OPOSSUM zur Modellierung kompletter Hochenergie-Lasersysteme als Digital Twin.
• Integration und Optimierung von Verstärkungs- und Transportmodellen für Pulse/Strahlen in komplexen Laserarchitekturen.
• Implementierung, Pflege und Weiterentwicklung fusionsspezifischer Codes – z. B. für spektral inkohärente Pulse und Focal-Zooming.
• Implementierung realistischer Detektorsystemmodelle und Schnittstellen zu experimentellen Benchmarks.
• Konzeption, Aufbau und Unterstützung bei experimentellen Testaufbauten zur Validierung von Simulationsansätzen.
• Analyse von Daten zur Validierung und zum Benchmarking optischer Simulationsmodelle.
• Betreuung und fachliche Anleitung von Doktorand*innen.
• Enge Zusammenarbeit mit internen Projektpartnern (Gruppenleitung, Postdocs, PhDs) sowie externen Partner*innen aus Forschung und Industrie.
• Dokumentation und Pflege der entwickelten Codes in Git-Repositories.
• Veröffentlichung der Ergebnisse in wissenschaftlichen Fachzeitschriften und auf internationalen Konferenzen.

Ihr Profil:

• Abgeschlossene Promotion in Physik, idealerweise mit Schwerpunkt Laserphysik, Optik, Photonik oder einem verwandten Gebiet.
• Fundierte Kenntnisse in numerischer Simulation, Hochenergie-Lasertechnologien und experimenteller Umsetzung.
• Erfahrung in der Entwicklung und Integration von wissenschaftlicher Software.
• Gute Programmierkenntnisse, idealerweise in Rust, Python, C++.
• Praktische Erfahrung in optischen Laborsystemen wünschenswert.
• Selbstständige, strukturierte Arbeitsweise sowie Team- und Kommunikationsfähigkeit.
• Erfahrung in Betreuung und Anleitung von Nachwuchswissenschaftler*innen von Vorteil.
• Gute Englischkenntnisse in Wort und Schrift; Deutschkenntnisse oder Bereitschaft, diese zu erwerben, von Vorteil.

Wir bieten:

• Beschäftigung am GSI im Rahmen des LASE-FUSE-Projekts in enger Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern an FAIR und darüber hinaus.
• Eine zentrale Rolle bei der Weiterentwicklung eines Digital Twin für Hochenergie-Lasersysteme im Kontext der Fusion.
• Mitgestaltung eines hochaktuellen Forschungsthemas im Bereich der lasergetriebenen Kernfusion.
• Gestaltungsspielraum zur Einbringung eigener wissenschaftlicher Konzepte und Ideen in die Projektstruktur.
• Möglichkeit zur Publikation und Teilnahme an internationalen Konferenzen.
• Enge Zusammenarbeit mit führenden Forschungseinrichtungen sowie Industriepartnern im Bereich Fusionsenergie.
• Flexible Arbeitsbedingungen, einschließlich bis zu zwei Tagen mobilem Arbeiten pro Woche (abhängig von den aktuellen Aufgaben), sowie eine gute Vereinbarkeit von Beruf und Privatleben.
• Zugang zu einer einzigartigen experimentellen Umgebung und modernen Forschungsinfrastrukturen am GSI/FAIR.

Die Stelle ist befristet auf 4,5 Jahre (54 Monate). Das Gehalt richtet sich nach dem Tarifvertrag TVöD (Bund). GSI fördert die berufliche Entwicklung von Frauen und begrüßt es, wenn sich Frauen durch die Ausschreibung besonders angesprochen fühlen. Schwerbehinderte erhalten bei gleicher Qualifikation den Vorzug.