TECNOLOGIE NEI DISPOSITIVI SPERIMENTALI DA FUSIONE NUCLEARE
Panoramica degli attuali sistemi di alimentazione elettrica per tokamak in vista di DEMO. Fondamenti di superconduttività, materiaali superconduttori per fusione nucleare. Proposta DTT. Ciclo del combustibile dei reattori di fusione. Principali tecnologie e processi del ciclo del combustibile di fusione. Processi e tecnologie a membrana nel ciclo del combustibile. Panoramica del ciclo del combustibile nei tokamak esistenti e nei prossimi dispositivi sperimentali di fusione nucleare.

INGEGNERIA MECCANICA IN TOKAMAKS
Applicazioni di ANSYS e ANSYS MAXWELL per la soluzione di problemi PDE 3D multifisici in impianti sperimentali da fusione nucleare.

INTRODUZIONE ALLA PROTEZIONE A PARETE AL PLASMA
Prima parete: teoria e applicazioni; Divertore: teoria e applicazioni.

METODI NUMERICI PER L'INGEGNERIA DEL PLASMA
Metodi di Ottimizzazione; Metodi di Simplesso (libero e vincolato); Metodi di Gradiente (libero e vincolato); Programmazione lineare (libero e vincolato); Programmazione Quadratica (libero e vincolato). Applicazione dei Metodi di Ottimizzazione in Matlab; Applicazione della Programmazione Quadratica all'ottimizzazione delle correnti degli avvolgimenti del divertore del tokamak JET per la progettazione di equilibri di plasma ad alta Flux Expansion.

INTRODUZIONE ALLL'INGEGNERIA DELL'AUTOMAZIONE PER LE STRUTTURE SPERIMENTALI DA FUSIONE NUCLEARE
Sistemi dinamici e modelli matematici. Schemi a blocchi. Architetture dei sistemi di controllo (anello aperto, anello chiuso). Modello matematico di sistemi semplici. Sistemi dinamici lineari nel dominio del tempo. Equilibrio. Linearizzazione. Trasformata ed Anti-trasformata di Laplace. Risposta all’impulso ed integrali di convoluzione. Funzione di trasferimento: definizione, proprietà ed utilizzo. Poli, zeri e guadagno. Risposte canoniche di sistemi del 1° e del 2° ordine. Risposta in frequenza: definizione, significato e legame con la funzione di trasferimento. Rappresentazione grafica della risposta in frequenza: diagrammi di Bode e polari. Stabilità e criteri di stabilità. Proprietà generali di un sistema in retroazione. Prestazioni statiche e dinamiche.

1 - Dispense delle lezioni

2 - Wesson, Tokamaks, Oxford University Press

3 - Pucella, Segre, Fisica dei plasmi, Zanichelli

4 - Ariola, Pironti, Magnetic Control and Tokamak Plasmas, Springer

1. INTRODUZIONE E CONFIGURAZIONI EQUILIBRIO. Introduzione alla fusione nucleare. Flusso magnetico e campo: flusso normalizzato e coordinate del raggio. Equilibrio di una configurazione toroidale assialsimmetrica; derivazione dell'equazione di Grad-Shafranov; forma del plasma in un tokamak.
2. INTRODUZIONE ALLA FISICA DEL PLASMA. Classificazione dei plasmi, lunghezza di Debye, collisioni tra particelle cariche, rallentamento collisionale, resistività del plasma. Schema del reattore a fusione, bilancio di potenza, criterio di Lawson, temperatura di accensione ideale.
3. DIAGNOSTICA AL PLASMA, MODELLI DI CIRCUITO E RISCALDAMENTO. Descrizione generale delle principali diagnostiche del plasma. Diagnostica magnetica. Modelli di circuiti (per plasma, bobine di campo poloidale e strutture conduttive); trasformatori; induzione di corrente al plasma; bilanciamento del flusso magnetico; evoluzione temporale degli scenari tokamak; scale temporali tokamak. Introduzione alla corrente del plasma, posizione, sistemi di controllo della forma: posizione radiale del plasma e controllo della corrente, stabilizzazione verticale del plasma allungato. Correnti parassite e forze magnetiche. Panoramica del riscaldamento al plasma e del current drive.
4. NEUTRONICA. Fisica dei neutroni di base e concetto di allevamento, introduzione al trasporto dei neutroni, neutronica e calcoli di attivazione. Introduzione a sorgenti di neutroni e danni materiali.
5. DISRUZIONI, VDE, SCENARIO DEL PLASMA, DIAGNOSTICA MAGNETICA. Modelli di circuiti per plasma, bobine di campo poloidale e strutture conduttive, trasformatori, induzione di corrente al plasma, bilanciamento del flusso magnetico. Evoluzione temporale di uno scenario tokamak, scale temporali Tokamak, interruzioni e VDE, correnti parassite e halo, VDE DTT. Codice MAXFEA: equilibrio e disruzioni.
6. PROBLEMI DELLO SMALTIMENTO DELLA POTENZA: FISICA E TECNOLOGIA. Relazioni fisiche fondamentali nel SOL, convalida della nostra comprensione nei dispositivi attuali. Strumenti numerici, passaggio a dispositivi più grandi. Progettazione di componenti di che affacciano al plasma raffreddati attivamente (PFCs), progettazione termoidraulica di componenti di protezione al plasma divertore. Indagine preliminare sulle schiume W come strategia di protezione per PFC avanzati.
7. L'ERA DELL'ATOMO: UN SECOLO AVANTI IL MODELLO DI BOHR (seminario).
8. SCHEMI DI RISCALDAMENTO AGGIUNTIVI PER I TOKAMAK. Presentazione dei sistemi di riscaldamento addizionali, NBI, ICRH, ECRH, Compito per i sistemi HCD.

Appunti delle lezioni
Wesson, Tokamaks, Oxford University Press
Pucella, Segre, Fisica dei plasmi, Zanichelli
Ariola, Pironti, Magnetic Control and Tokamak Plasmas, Springer