Niedrigrangapproximation für stark magnetisierte Plasmen

Kernfusion ist ein führender Anwärter für die Erzeugung sauberer und unlimitierter Energie. Sie verbindet viele der Vorteile herkömmlicher Technologien (wie zum Beispiel hohe Leistungsdichte, Skalierbarkeit, Eignung für die Grundlastversorgung usw.) mit denen erneuerbarer, aber oft intermittierender Technologien (wie zum Beispiel keine Treibhausgasemissionen, praktisch unbegrenzter Brennstoffvorrat und Sicherheit). Das am weitesten fortgeschrittene Konzept um Fusion zu erreichen, verwendet starke Magnetfelder, um ein Plasma einzuschließen (wie z.B.: der International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER, der derzeit in Südfrankreich gebaut wird). Wenn die Fusion eine praktisch relevante Energiequelle werden soll, müssen das Design und der Betrieb von Reaktoren optimiert und neue Erkenntnisse durch Computersimulationen gewonnen werden, ähnlich wie dies heute routinemäßig beim Bau von Flugzeugen, der Planung von Industrieanlagen usw. geschieht. Dies ist jedoch derzeit äußerst schwierig, da die genauesten mathematischen Modelle (sogenannte kinetischen Gleichungen) für stark magnetisierte Plasmasysteme extrem aufwänding zu simulieren sind, selbst wenn die größten Supercomputer der Welt dafür verwendet werden. In diesem Projekt entwickeln wir Low-Rank Komplexitätsreduktions- und Optimierungsalgorithmen, welche die erforderlichen Rechenkosten drastisch reduzieren können. Solche Methoden würden es zum Beispiel erlauben verschiedene Designs von Fusionsreaktoren am Computer zu evaluieren und haben damit das Potenzial, den Fortschritt auf diesem Gebiet drastisch zu beschleunigen.