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. TOKAMAK LOAD ASSEMBLY: DALLA PROGETTAZIONE CONCETTUALE ALLA REALIZZAZIONE. Introduzione. Bobina di campo toroidale. Sistema di bobine a campo poloidale. Le problematiche del sistema da vuoto per macchina tokamak. Divertore e prima parete. Raffreddamento. Remote Handling. Sistema di alimentazione.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. PANORAMICA SUI SISTEMI DI ALIMENTAZIONE OGGI PER TOKAMAK IN VISTA DIMOSTRATIVA. Il problema delle risorse energetiche: centrale elettrica a fusione nucleare, alimentatori e dispositivi a semiconduttore, diodi e tiristori, raddrizzatori AC-DC, sistema elettrico EU-DEMO Fusion Power, Balance-Of-Plant (HCPB / WCLL); Principali sottosistemi EU-DEMO (insegnamenti tratti da ITER); EU DEMO Power Demand (SSEN – PPEN)
9. OTTIMIZZAZIONE E PROBLEMI INVERSI NELLA RICERCA SULLA FUSIONE MAGNETICA. Problemi di ottimizzazione: modellazione, ottimizzazione, programmazione lineare, programmazione lineare in Matlab, programmazione quadratica, metodi di discesa, esercizi. Progettazione di esperimenti di espansione ad alto flusso nel tokamak JET tramite ottimizzazione della corrente delle bobine del divertore.
10. SUPERCONDUTTORI: TEORIA E APPLICAZIONE DELLA FUSIONE. Il fenomeno della superconduttività: principi, fenomenologia e materiali. Le principali applicazioni dei superconduttori. La tecnologia dei magneti superconduttori per la fusione nucleare: ITER e DTT.
11. L'ERA DELL'ATOMO: UN SECOLO AVANTI IL MODELLO DI BOHR (seminario).
12. SCHEMI DI RISCALDAMENTO AGGIUNTIVI PER I TOKAMAK. Presentazione dei sistemi di riscaldamento addizionali, NBI, ICRH, ECRH, Compito per i sistemi HCD.
13. ANALISI FEM MECCANICA ED ELETTROMAGNETICA DEI COMPONENTI TOKAMAKS. Analisi meccanica di sistemi magnetici superconduttori: bobine Central Solenoid (CS), Poloidal Field (PF) e Toroidal Field (TF) (strategie FEM: problematiche e applicazioni (DEMO, DTT), simulazioni di stato stazionario e transitorio. Metalli liquidi come PFC. Analisi elettromagnetica di sistemi magnetici e componenti metallici (VV, bobine in-vessell, ecc.), Simulazioni di stato stazionario e transitori Moduli ANSYS Workbench, Geometria (FE Modeler / SpaceClaim), Struttura statica, Contatti, simmetria ciclica, sottomodellazione. Magnetostatico. ANSYS Maxwell, Geometria, Analisi Magnetostatica, Analisi Transitoria, Esercizi e progetto finale.
14. MODELLO DINAMICO DI EQUILIBRIO DI IMPIANTO TOKAMAK SU SIMULINK.

Appunti delle lezioni
Wesson, Tokamaks, Oxford University Press
Pucella, Segre, Fisica dei plasmi, Zanichelli
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. TOKAMAK LOAD ASSEMBLY: DALLA PROGETTAZIONE CONCETTUALE ALLA REALIZZAZIONE. Introduzione. Bobina di campo toroidale. Sistema di bobine a campo poloidale. Le problematiche del sistema da vuoto per macchina tokamak. Divertore e prima parete. Raffreddamento. Remote Handling. Sistema di alimentazione.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. PANORAMICA SUI SISTEMI DI ALIMENTAZIONE OGGI PER TOKAMAK IN VISTA DIMOSTRATIVA. Il problema delle risorse energetiche: centrale elettrica a fusione nucleare, alimentatori e dispositivi a semiconduttore, diodi e tiristori, raddrizzatori AC-DC, sistema elettrico EU-DEMO Fusion Power, Balance-Of-Plant (HCPB / WCLL); Principali sottosistemi EU-DEMO (insegnamenti tratti da ITER); EU DEMO Power Demand (SSEN – PPEN)
9. OTTIMIZZAZIONE E PROBLEMI INVERSI NELLA RICERCA SULLA FUSIONE MAGNETICA. Problemi di ottimizzazione: modellazione, ottimizzazione, programmazione lineare, programmazione lineare in Matlab, programmazione quadratica, metodi di discesa, esercizi. Progettazione di esperimenti di espansione ad alto flusso nel tokamak JET tramite ottimizzazione della corrente delle bobine del divertore.
10. SUPERCONDUTTORI: TEORIA E APPLICAZIONE DELLA FUSIONE. Il fenomeno della superconduttività: principi, fenomenologia e materiali. Le principali applicazioni dei superconduttori. La tecnologia dei magneti superconduttori per la fusione nucleare: ITER e DTT.
11. L'ERA DELL'ATOMO: UN SECOLO AVANTI IL MODELLO DI BOHR (seminario).
12. SCHEMI DI RISCALDAMENTO AGGIUNTIVI PER I TOKAMAK. Presentazione dei sistemi di riscaldamento addizionali, NBI, ICRH, ECRH, Compito per i sistemi HCD.
13. ANALISI FEM MECCANICA ED ELETTROMAGNETICA DEI COMPONENTI TOKAMAKS. Analisi meccanica di sistemi magnetici superconduttori: bobine Central Solenoid (CS), Poloidal Field (PF) e Toroidal Field (TF) (strategie FEM: problematiche e applicazioni (DEMO, DTT), simulazioni di stato stazionario e transitorio. Metalli liquidi come PFC. Analisi elettromagnetica di sistemi magnetici e componenti metallici (VV, bobine in-vessell, ecc.), Simulazioni di stato stazionario e transitori Moduli ANSYS Workbench, Geometria (FE Modeler / SpaceClaim), Struttura statica, Contatti, simmetria ciclica, sottomodellazione. Magnetostatico. ANSYS Maxwell, Geometria, Analisi Magnetostatica, Analisi Transitoria, Esercizi e progetto finale.
14. MODELLO DINAMICO DELL'IMPIANTO TOKAMAK SU SIMULINK.

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