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entdeckt_02_2013

entdeckt 02 .13 PORTRÄT WWW.Hzdr.DE // Physiker des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf konnten mit Hilfe eines Hochleistungsrechners die Bewegung von Milliarden Elektronen in Plasmajets simulieren und deren abgestrahltes Licht berechnen. Dafür wurden sie für den Gordon Bell-Preis nominiert. _Text . Simon Schmitt Revolution für die Plasmasimulation „Wenn Wind über das Meer bläst, bilden sich Wellen“, be- schreibt Michael Bussmann, Nachwuchsgruppenleiter am HZDR, ein bekanntes Phänomen. „Bei hohen Windgeschwin- digkeiten verwirbeln sich Wasser und Wind, wodurch Gischt entsteht. Gischt ist somit ein turbulenter Mix aus Wasser und Luft. Ähnliches passiert im Weltall, wenn ein Stern heißes Gas ins Weltall schleudert. Der dabei entstehende Jet aus heißem Plasma vermischt sich mit anderem Gas, das den Stern um- gibt. Es treten turbulente Strömungen an der Grenze zwischen den beiden Gasen auf.“ Die Mitarbeiter der Nachwuchsgruppe „Computergestützte Strahlenphysik“ haben vor kurzem die Entstehung dieser Turbulenzen, die sogenannte Kelvin-Helm- holtz-Instabilität, mit Hilfe von Simulationen studiert. „Wir wollten die Kelvin-Helmholtz-Instabilität genau verstehen. Dazu haben wir etwas gemacht, was bisher kaum jemand versucht hat“, erklärt Bussmann. „Wir haben einen Plas- majet mit einer so hohen Auflösung simuliert, dass wir den Elektronen im Jet folgen konnten. Das allein benötigte eine enorme Rechenkraft, da wir fast hundert Milliarden Teilchen simulieren mussten.“ Selbst mit modernsten Teleskopen ist es jedoch unmöglich, einzelne Teilchen in einem Jet zu sehen. Die Wissenschaftler standen daher vor der Frage, wie sie ihre Ergebnisse mit Beobachtungen vergleichen können. Bei ihrer Lösung machten sie sich zunutze, dass Elektronen Licht über ein breites Spektrum an Wellenlängen abstrahlen, wenn sie ihre Flugrichtung oder Geschwindigkeit ändern. Sie erweiter- ten ihren selbstentwickelten Simulationscode PIConGPU um die Fähigkeit, aus der Bewegung der Elektronen das in alle Richtungen abgestrahlte Licht zu berechnen. „Das abgestrahlte Licht können wir mit etwas Glück mit Teleskopen von der Erde aus sehen“, erläutert der Physiker. „Wir können also etwas simulieren, was man auf der Erde messen kann. Allerdings ist der hierfür benötigte Rechenauf- wand gewaltig.“ Für die Milliarden Elektronen in der Simulation musste das abgestrahlte Licht einzeln berechnet werden – und zwar für hunderte verschiedene Richtungen. Daher nutzte das HZDR-Team im Juni dieses Jahres den damals rechenstärks- ten Supercomputer der Welt, TITAN am Oak Ridge National Laboratory, für seine Rechnungen. PIConGPU rechnete dafür auf 18.000 Grafikkarten über 16 Stunden lang. Nur wenige Si- mulationscodes können sich eine solch gewaltige Rechenkraft zunutze machen. Simulationen, denen dies am effizientesten gelingt, werden einmal pro Jahr mit dem Gordon Bell-Preis für herausragende Leistungen im Bereich des Hochleistungsrech- nens ausgezeichnet, für den die HZDR-Wissenschaftler nun nominiert wurden. Kontakt _Nachwuchsgruppe Computergestützte Strahlenphysik Dr. Michael Bussmann m.bussmann@hzdr.de SCHNELLRECHNER: Die für den Gordon Bell-Preis nominierten Mitarbeiter aus der HZDR-Nach- wuchsgruppe „Computergestützte Strahlenphysik“ René Widera, Heiko Burau, Michael Bussmann, Richard Pausch und Axel Hübl (v.l.n.r.) in Positur vor dem Hypnos Supercomputer im HZDR. Foto: Frank Bierstedt

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