ITALIANO

Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base della fusione termonucleare controllata, dalla fisica del plasma ai principi di funzionamento delle macchine a confinamento magnetico. Saranno forniti anche cenni alla tecnologia dei reattori a Fissione Nucleare.

J. Wesson, Tokamaks, Clarendon Press - Oxford, 3rd ed., 2004.
J.P. Freidberg, Plasma Physics and Fusion Energy, Cambridge University Press, 2007.

Il corso introduce gli studenti ai principi fondamentali dei plasmi e delle tecnologie per la fusione termonucleare controllata, con un taglio orientato all’ingegneria elettronica. Al termine del corso lo studente sarà in grado di:

Comprendere che cos’è un plasma, come si forma e quali sono le sue principali proprietà fisiche.

Conoscere i concetti essenziali del confinamento magnetico e delle principali configurazioni dei reattori a fusione (tokamak, stellarator).

Avere una panoramica delle tecnologie utilizzate per riscaldare e controllare il plasma, con particolare attenzione ai sistemi elettronici, ai sensori e alle diagnostiche.

Utilizzare semplici modelli e strumenti di simulazione per descrivere il comportamento del plasma in presenza di campi elettrici e magnetici.

Comprendere le sfide e le prospettive della fusione come futura fonte di energia pulita, con cenni ai principali progetti internazionali.

Non sono richiesti prerequisiti specifici; è sufficiente la conoscenza dei concetti fondamentali di fisica, matematica e ingegneria tipicamente acquisiti nel percorso di laurea triennale.

Lezioni frontali e seminari

Prova orale e elaborato progettuale

Fusione termonucleare controllata

Vengono introdotti i principali concetti della fusione termonucleare, tra cui le reazioni di fusione nucleare, il bilancio energetico di un plasma termonucleare e il criterio di Lawson. Vengono inoltre discussi i principi di funzionamento delle principali macchine a confinamento magnetico, che si dividono in macchine a struttura lineare e macchine a struttura toroidale.

Il Tokamak

Il tokamak è la macchina a confinamento magnetico più promettente per la produzione di energia da fusione. In questa parte del corso vengono discussi i componenti fondamentali di un tokamak, gli esperimenti in corso e in via di progetto, il progetto del sistema elettromagnetico e il progetto del sistema di controllo.

Il modello MHD

Il modello magnetoidrodinamico (MHD) è un modello fluidodinamico che descrive il comportamento di un plasma in presenza di campi magnetici. In questa parte del corso vengono introdotti i concetti fondamentali del modello MHD, tra cui l'equilibrio, la stabilità e la risposta di plasma ai fini del controllo.

In sintesi, il corso fornisce agli studenti le conoscenze necessarie per comprendere i principi di funzionamento della fusione termonucleare controllata e per progettare e realizzare macchine a confinamento magnetico.

Italian

The course aims to provide students with the basic knowledge of controlled thermonuclear fusion, from plasma physics to the operating principles of magnetic confinement machines. Basic notions of nuclear fission reactor technology will also be provided.

J. Wesson, Tokamaks, Clarendon Press - Oxford, 3rd ed., 2004.
J.P. Freidberg, Plasma Physics and Fusion Energy, Cambridge University Press, 2007.

This course introduces students to the fundamental principles of plasmas and the technologies used in controlled thermonuclear fusion, with an emphasis on electronic engineering applications. By the end of the course, students will be able to:

Understand what a plasma is, how it forms, and its main physical properties.

Grasp the essential concepts of magnetic confinement and the main fusion reactor configurations (tokamak, stellarator).

Gain an overview of the technologies used to heat and control the plasma, with particular attention to electronic systems, sensors, and diagnostics.

Use basic models and simulation tools to describe plasma behavior in the presence of electric and magnetic fields.

Understand the challenges and perspectives of fusion as a future clean energy source, with references to major international projects.

No specific prerequisites are required; a basic understanding of physics, mathematics, and engineering, typically acquired during a bachelor’s degree, is sufficient.

Lectures and seminars

final exam and projec

Controlled Thermonuclear Fusion

The main concepts of thermonuclear fusion are introduced, including nuclear fusion reactions, the energy balance of a thermonuclear plasma and the Lawson criterion. The operating principles of the main magnetic confinement machines are also discussed, which are divided into linear and toroidal machines.

The Tokamak

The tokamak is the most promising magnetic confinement machine for the production of fusion energy. In this part of the course, the fundamental components of a tokamak, the ongoing and planned experiments, the design of the electromagnetic system and the design of the control system are discussed.

The MHD Model

The magnetohydrodynamic (MHD) model is a fluid dynamic model that describes the behavior of a plasma in the presence of magnetic fields. In this part of the course, the fundamental concepts of the MHD model are introduced, including equilibrium, stability and plasma response for control purposes.

In summary, the course provides students with the knowledge necessary to understand the operating principles of controlled thermonuclear fusion and to design and build magnetic confinement machines.