Doktorand*in (w/m/d) zur Modellierung und experimenteller Evaluation von Focal Zooming in Hochenergielasersystemen für die Fusion In Teilzeit (65%)
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:
Doktorand*in (w/m/d) zur Modellierung und experimenteller Evaluation von Focal Zooming in Hochenergielasersystemen für die Fusion (Teilzeit 65%)
Referenznummer: 26.78-1700
Projektkontext (LASE-FUSE)
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.
Focal Zooming ist eine zentrale, aber bislang unzureichend untersuchte Technik in der direkten Trägheitsfusion, um eine effiziente Energiekopplung während der dynamischen Implosion von Fusionskapseln aufrechtzuerhalten. Während die Target-Kapsel komprimiert wird, kann eine feste Fokusgröße zu erheblichen Energieverlusten führen. Außerdem können überlappende Laserpulse im Plasma Instabilitäten wie Cross-Beam Energy Transfer auslösen, was kontrollierte Implosionen zusätzlich erschwert.
Ziel dieser Promotionsstelle ist es, Methoden zur dynamischen Anpassung des Fokus während der Implosion zu untersuchen, zu modellieren und experimentell zu evaluieren, um die Energiekopplung zu optimieren. Dies umfasst sowohl numerische Simulationen als auch laborbasierte Validierung von Focal-Zooming-Ansätzen für kohärente sowie spektral/zeitlich und räumlich inkohärente Laserpulse.
Im breiteren Kontext von LASE-FUSE trägt diese Stelle zur Entwicklung eines holistischen Digital Twins von Hochenergielasersystemen bei und fokussiert auf die konzeptionelle und technische Integration von Focal Zooming mit weiteren Glättungstechniken, um die Effizienz und Robustheit fusionsrelevanter Lasersysteme zu erhöhen.
Ihre Aufgaben:
- Entwicklung und Erweiterung von Simulationscodes zur Modellierung von Focal Zooming im relevanten Bereich der Target-Kompression im Rahmen von LASE-FUSE.
- Implementierung numerischer Modelle zur Untersuchung der Manipulation von Laserparametern für Focal Zooming, einschließlich spatio-spektraler Phasen- und/oder Intensitätsmodulation.
- Erforschung der Integration von Focal Zooming mit räumlich und zeitlich inkohärenten Pulsen und Analyse der Auswirkungen von Inkohärenz auf Robustheit, Stabilität und Energiekopplungseffizienz.
- Konzeptionelle Auslegung optischer Aufbauten zur Implementierung von Focal Zooming in Laborumgebungen, kompatibel mit kohärenten und inkohärenten Strahlen.
- Aufbau und Betrieb experimenteller Testaufbauten zur Validierung von Focal-Zooming-Konzepten und deren Kombination mit inkohärenten Pulsen und Glättungstechniken.
- Durchführung von Experimenten und Analyse von Daten zur Validierung und zum Benchmarking optischer Simulationsmodelle.
- Enge Zusammenarbeit mit internen Projektpartnern (Postdocs, andere Doktorand*innen) sowie mit externen Partnern aus Forschung und Industrie.
- Dokumentation der entwickelten Modelle und Softwarekomponenten sowie Veröffentlichung der Ergebnisse in wissenschaftlichen Fachzeitschriften und auf internationalen Konferenzen.
Ihr Profil:
- Abgeschlossenes wissenschaftliches Hochschulstudium (Master oder Diplom) in Physik, idealerweise mit Schwerpunkt in Optik, Photonik oder einem verwandten Gebiet.
- Gute Kenntnisse im Bereich der Laserphysik, nichtlinearer Optik und Wellenoptik.
- Grundlegende Programmierkenntnisse (z. B. Python, Rust, C/C++ oder vergleichbar) sowie Interesse an der Entwicklung wissenschaftlicher Software.
- Erfahrung mit numerischen Methoden oder Simulation physikalischer Systeme ist von Vorteil.
- Idealerweise praktische Erfahrung in optischen Laboren, insbesondere im Aufbau und der Charakterisierung optischer Systeme.
- Motivation, sich sowohl in theoretische/numerische als auch experimentelle Fragestellungen einzuarbeiten.
- Selbstständige und strukturierte Arbeitsweise sowie Teamfähigkeit in einem interdisziplinären Umfeld.
- Gute Englischkenntnisse in Wort und Schrift; Deutschkenntnisse oder die Bereitschaft, diese zu erwerben, sind 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 Entwicklung und Evaluierung von Focal-Zooming-Konzepten für die nächste Generation von Hochenergielasern, relevant für Direct-Drive-Fusionskonzepte.
- Mitarbeit an einem hochaktuellen Forschungsthema im Bereich der lasergetriebenen Kernfusion.
- Enge Zusammenarbeit mit führenden Forschungseinrichtungen sowie Industriepartnern im Bereich Fusionsenergie.
- Gestaltungsspielraum für eigene wissenschaftliche Ideen sowie die Möglichkeit zur Publikation und Teilnahme an internationalen Konferenzen.
- 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 3 Jahre. 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.
Bei Fragen wenden Sie sich gerne an Dr. Yannik Zobus (y.zobus@gsi.de, Tel. +49 6151-71-3381).
Wenn Sie diese Aufgabe als spannende persönliche Herausforderung sehen und in einem außergewöhnlichen wissenschaftlichen Umfeld arbeiten möchten, senden Sie bitte Ihre vollständigen Bewerbungsunterlagen unter Angabe des frühestmöglichen Eintrittstermins sowie der Referenznummer 26.78-1700 bis spätestens 08.06.2026 über unser über das Onlineportal auf unserer Webseite:
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
Abteilung Personalmanagement
Planckstraße 1
64291 Darmstadt