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    Raffaele MARTONE

    Insegnamento di PLASMI E FUSIONE CONTROLLATA

    Corso di laurea magistrale in INGEGNERIA ELETTRONICA

    SSD: ING-IND/31

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Ingegneria e tecnologia della Fusione Termonucleare Controllata con particolare riferimento agli aspetti elettromagnetici in bassa frequenza.

    Panoramica sulle principali macchine in fase di operazione e di progetto.

    Testi di riferimento

    Testi di riferimento
    • F F Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion Volume 1: Plasma Physics Springer
    • Wesson Tokamaks Oxford University Press 3rd Edition 2004
    • AAVV Materiale di Laboratori e di Enti Specializzati Italiani e Internazionali

    Materiale di consultazione
    • Testi e documenti didattici forniti di volta in volta dal docente

    Obiettivi formativi

    Tra le fonti energetiche innovative per la produzione della energia elettrica, la Fusione Termonucleare Controllata (FTC) occupa una posizione di grande rilievo sia per amplissima diffusione ed economicità del combustibile (idrogeno e suoi isotopi, ampiamente presenti in natura o agevolmente producibili) e sia per la compatibilità con i temi critici della sicurezza e dell'impatto ambientale.
    La ricerca, avviata nell'immediato dopoguerra, ha raccolto un grande interesse internazionale sia del mondo scientifico che di quello industriale e le prospettive di occupazione per ingegneri del settore industriale e dell'informazione nei prossimi anni sono molto promettenti.
    Il Corso si ripropone di illustrare i principi di funzionamento (a partire dalle differenze con la Fissione), i punti di forza e di debolezza, i problemi aperti nella progettazione e gestione di macchine per la FTC con particolare riferimento a quelli di interesse circuitale ed elettromagnetico in b.f. e alle sue connessioni con i problemi del monitoraggio, della gestione dei dati e delle informazioni, della ottimizzazione dei dispositivi e dei processi, delle interazioni termo-meccaniche, della conversione energetica.
    Il corso offre anche la possibilità di svolgere attività di approfondimento e di tesi in collegamento con i principali laboratori europei e mondiali, con i quali il Dipartimento è collegato.

    Prerequisiti

    Nessuna propedeuticità.

    Per una fruttifera frequenza del corso, sono richieste le competenze fisico-matematiche e tecnico-scientifiche dei corsi di laurea Triennale della Ingegneria della Informazione.

    Metodologie didattiche

    Lezioni frontali, esercitazioni ed esperimenti numerici.
    Lavori individuali e di gruppo.

    Seminari su temi specifici.

    Visite tecniche a laboratori e centri di ricerca a Laboratori

    Metodi di valutazione

    Il corso prevede una prova individuale di accertamento, svolta in forma orale. La valutazione complessiva del profitto include anche l'esito del contributo individuale al lavoro di gruppo.

    Altre informazioni

    Calendario delle attività didattiche
    Le attività dell’insegnamento seguono il calendario accademico. Dettagli sui siti ufficiali.

    Calendario delle prove di esame
    Disponibile per tutto l’anno corrente sui siti ufficiali. 3—4 sedute alla fine del corso; altre sedute fissate sulla base delle necessità degli studenti.

    Attività di supporto
    Sono previsti incontri frequenti per assistenza individuale, collegiale e dei gruppi di lavoro. Interventi specifici per allievi con diverse abilità vengono definite di volta in volta sulla base delle specifiche esigenze.

    Programma del corso

    Il Programma del Corso include i seguenti principali capitoli

    La energia nucleare e sue applicazioni alla produzione di energia elettrica; fissione e fusione. Lo sviluppo dell'impegno scientifico e industriale nel settore. Cenno al problema energetico italiano e mondiale; le sue prospettive.
    Richiami sulla struttura microscopica della materia (atomi, nuclei e loro proprietà, forza nucleare) Cenni della fisica della fissione e della ingegneria delle centrali elettriche a fissione.

    Cenni alla fisica della fusione. I plasmi; modelli particellari; moto di una particella in un campo magnetico. Il confinamento inerziale e magnetico. Modelli MHD: equazioni dell'equilibrio; la stabilità dei plasmi; configurazioni tipo Tokamak e tipo Reversed Field.
    Ingegneria di un reattore a fusione: il sistema magnetico, prima parete; blanket; divertore, sistemi per il riscaldamento addizionale; la produzione di energia elettrica. La caratterizzazione elettromagnetica della macchina.
    Reattori in esercizio, in costruzione e in progettazione (JET, ITER, DEMO). Impatto industriale e trasferimento tecnologico. Valutazioni di carattere economico ed organizzativo.

    Il programma prevede approfondimenti monografici su temi attivi nelle attuali analisi e progettazioni tecnico-industriali.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Engineering and Technology of Controlled Thermonuclear Fusion with particular reference to electromagnetic aspects in low frequency.

    Overview of the main machines in operation and design phase.

    Textbook and course materials

    Reference books
    • F F Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion Volume 1: Plasma Physics Springer
    • Wesson Tokamaks Oxford University Press 3rd Edition 2004
    • • AAVV Material of Laboratories and Specialized Italian and International Organisation.


    Consultation texts
    • Texts and educational documents provided from time to time by the teacher

    Course objectives

    Among the innovative energy sources for the production of electricity, the Controlled Thermonuclear Fusion (FTC) occupies a position of great importance both for the very widespread diffusion and fuel economy (hydrogen and its isotopes, widely present in nature or easily producible) and for compatibility with critical safety and environmental impact issues.


    The research, launched in the immediate post-war period, has garnered a great international interest in both the scientific and the industrial world and the employment prospects for engineers in the industrial and information sector in the coming years are very promising.

    The course proposes to illustrate the operating principles (starting from the differences with the Fission), the strengths and weaknesses, the open problems in the design and management of machines for the FTC with particular reference to those of interest in the circuit and electromagnetic in bf and its connections with the problems of monitoring, data and information management, optimization of devices and processes, thermo-mechanical interactions, energy conversion.

    The course also offers the possibility to carry out in-depth and thesis activities in connection with the main European and world laboratories, with which the Department is connected.

    Prerequisites

    No prerequisites.

    For a fruitful frequency of the course, the physical-mathematical and technical-scientific skills of the three-year degree courses in Information Engineering are required.

    Teaching methods

    Lectures, exercises and numerical experiments.
    Individual and group work.

    Seminars on specific topics.

    Technical visits to laboratories and research centers

    Evaluation methods

    The course includes an individual assessment test, carried out in oral form. The overall assessment of the profit also includes the outcome of the individual contribution to group work.

    Other information

    Calendar of educational activities
    The teaching activities follow the academic calendar. Details on official websites.

    Schedule of exam tests
    Available throughout the current year on official sites. 3-4 sessions at the end of the course; other sessions set according to the needs of the students.

    Support activities
    Frequent meetings are scheduled for individual, collegial and work group assistance. Specific interventions for students with different skills are defined from time to time based on specific needs.

    Course Syllabus

    The Course Program includes the following main sections

    Nuclear energy and its applications to the production of electricity; fission and fusion. The development of scientific and industrial effort in the sector. Elements of the Italian and global energy problem; its perspectives.
    Basics of the microscopic structure of matter (atoms, nuclei and their properties, nuclear force). Overview of fission physics and fission power plant engineering.

    Introduction to the physics of fusion. Plasmas; particle models; motion of a particle in a magnetic field. Inertial and magnetic confinement. MHD models: balance equations; the stability of the plasmas; Tokamak type and Reversed Field configurations.
    Engineering of a fusion reactor: the magnetic system, first wall; blanket; divertor, additional heating systems; electricity production. The electromagnetic characterization of the machine.
    Reactors in operation, under construction and in design (JET, ITER, DEMO). Industrial impact and technology transfer. Economic and organizational evaluations.

    The program includes monographic insights on topics active in current technical-industrial analyzes and designs.

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