Laboratorio di fisica dei plasmi 1

A.A. 2019/2020
6
Crediti massimi
57
Ore totali
SSD
FIS/03
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso intende fornire competenze in metodi sperimentali applicati nello studio di plasmi (in particolare plasmi non neutri) e fasci di particelle cariche.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine del corso avrà acquisito il seguente insieme di conoscenze e abilità:
- Fondamenti di teoria dei plasmi/plasmi non neutri
- Nozioni fondamentali sull'interesse della fisica sperimentale dei plasmi non neutri
- Fondamenti di tecnica del vuoto
- Conoscenza di teoria e pratica del funzionamento di macchine sperimentali per la fisica dei plasmi (trappole di Penning-Malmberg)
- Formulazione e progettazione di esperimenti e routine sperimentali
- Esecuzione di esperimenti con reale strumentazione di ricerca
- Teoria e pratica di acquisizione e analisi dati: segnali elettrostatici, analisi di Fourier
- Teoria e pratica di acquisizione e analisi dati: immagini da schermi al fosforo - fotocamere CCD, denoising e analisi dell'immagine
- Preparazione di relazioni sperimentali, valutazione critica di risultati e limitazioni sperimentali.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
LEZIONI:
Cenni di fisica dei plasmi quasi neutri. Introduzione ai plasmi non neutri. Modi di diocotron, derivazione dell'equazione agli autovalori. Instabilità ionica e resistiva dei modi di diocotron. Metodi di manipolazione del plasma: feedback damping, autorisonanza. Temperatura e diffusione del plasma intrappolato.

Analisi armonica di un segnale: serie di Fourier, trasformata continua e discreta di Fourier, teorema di sampling, limite di Nyquist e aliasing.

Descrizione dell'apparato sperimentale (trappola di Penning-Malmberg), delle diagnostiche e della strumentazione presente in laboratorio.

Elementi di tecnica del vuoto e di elettronica di misura (amplificatori per segnali elettrostatici; transimpedenza).

Introduzione all'analisi dati: metodi, procedure, creazione di programmi di analisi e visualizzazione dei risultati nell'analisi di immagini e segnali.

ESPERIMENTI (gli studenti eseguiranno alcune delle esperienze illustrate nel seguito):

Misure elettrostatiche e ottiche di carica e densità, calibrazione dell'immagine da CCD.

Misura di frequenza e ampiezza del primo modo di diocotron (l=1) per una colonna di elettroni.

Misura del tasso di crescita dell'instabilità resistiva del modo l=1.

Controllo del modo l=1 tramite tecnica a feedback.

Eccitazione del modo l=1 e caratterizzazione del fenomeno di autorisonanza.

Eccitazione di modi di diocotron di ordine superiore tramite campi elettrici rotanti.

Misura del profilo di densità in funzione del tempo di intrappolamento e calcolo del coefficiente di diffusione radiale.

Misura della temperatura parallela (assiale) del plasma di elettroni.
Prerequisiti
È richiesta una buona conoscenza di meccanica classica ed elettromagnetismo. La frequenza dei corsi per la laurea magistrale 'Elettrodinamica classica' e 'Fisica dei plasmi e della fusione controllata' è utile, ma non necessario.
Metodi didattici
La prima parte del corso consiste in lezioni frontali sui fondamenti di fisica dei plasmi, di tecniche sperimentali e di metodi di analisi dati necessari per svolgere gli esperimenti. La seconda parte è basata su una serie di esperimenti in laboratorio, accompagnati da un'introduzione generale e una discussione collettiva su metodologie e problemi attesi a priori e riscontrati a posteriori. Parte del tempo è destinato alla discussione e alla valutazione critica di analisi dati e risultati.
Materiale di riferimento
Dispense e articoli inerenti gli esperimenti trattati (distribuiti durante il corso).
Ronald C. Davidson, "Physics of Nonneutral Plasmas", Addison-Wesley, Redwood City, 1990 (estratti).
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame è basato sulla redazione di una relazione sugli esperimenti svolti durante il corso e su una discussione orale di 45-60 minuti. La discussione tratta degli aspetti fisici e tecnici degli esperimenti e intende valutare le capacità di valutazione critica e le competenze maturate dallo studente durante il corso.
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 6
Laboratori: 36 ore
Lezioni: 21 ore
Docente/i
Ricevimento:
Venerdì, 9:30-12:30 (su appuntamento)
ufficio presso Dipartimento di Fisica