Superconduttività applicata

A.A. 2016/2017
Insegnamento per
6
Crediti massimi
48
Ore totali
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso introduce ai temi della superconduttività, con particolar riguardo alle applicazioni dei magneti superconduttivi per i collider o gli acceleratori di particelle. La prima parte del corso riprende alcuni concetti di termodinamica classica utili alla comprensione dei metodi per raggiungere le basse temperature e a riconoscere lo stato superconduttivo come uno stato della materia. La seconda parte del corso riprende la teoria macroscopica e microscopica della superconduttività, con cenni alla BCS. Vengono poi analizzati problemi relativi alla stabilità dei materiali superconduttivi (flux jumping). Infine nella terza parte del corso vengono descritte le applicazioni della superconduttività nel mondo degli acceleratori di particelle, con particolar riguardo al design magnetico e meccanico di dipoli e quadrupoli superconduttivi. Vengono anche descritti gli aspetti relativi alla stabilità e protezione di magneti superconduttivi durante la transizione di fase da superconduttiva a resistiva.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
Lezioni: 48 ore
Docente: Sorbi Massimo
Programma
1. Richiami di Termodinamica e Criogenia
Primo e Secondo Principio della termodinamica, entropia e sue proprietà
Lavoro su un sistema mediante magnetizzazione e demagnetizzazione
Rappresentazione di cicli termodinamici nei diagrammi P-V e T-S
Espansione isoentalpica per gas ideali e gas reali
Principio di funzionamento dei liquefattori
Demagnetizzazione adiabatica

2. Richiami di superconduttività, superconduttori di primo e secondo tipo
La scoperta della superconduttività.
L'effetto Meissner-Ochsenfeld e il modello di London
Cenni della teoria microscopica di Bardeen Cooper e Schrieffer
Cenni della teoria macroscopica di Ginzburg e Landau
La superconduttività di tipo II e il reticolo di flussoidi
Correnti di trasporto all'interno di un superconduttore e il ruolo del pinning
Materiali superconduttori per uso applicativo: NbTi e Nb3Sn

3. Modello di Bean e sua applicazione alla descrizione di magnetizzazione, instabilità, e fenomeni dissipativi nei superconduttori tipo II
Il modello di Bean
Stabilità adiabatica e dinamica di un superconduttore
La magnetizzazione all'interno di un superconduttore
Fenomeni dissipativi all'interno di un SC:
- la transizione resistiva-superconduttiva;
- isteresi;
- perdite per accoppiamento all'interno di strutture composite superconduttore metallo normale.

4. Magneti Superconduttori
Principali applicazioni dei magneti superconduttori
Topologie dei magneti superconduttori: solenoidi, toroidi, dipoli e quadrupoli per acceleratori di particelle,
Forze agenti su solenoidi e metodi analitici per la loro valutazione
Retta di carico per un magnete, punto di lavoro, training di un magnete superconduttivo
La Minimum Propagation Zone
Quench e protezione per un magnete superconduttivo
Valutazione delle tensioni e temperature massime durante un quench

5. Cavità superconduttrici
Principio di funzionamento di una cavità risonante
Resistenza superficiale e potenza dissipata in una cavità normal-conduttiva
Superconduttività RF: resistenza superficiale e limitazioni di campo magnetico
Esempi di cavità superconduttrici
Prerequisiti e modalità di esame
L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nel corso.
Metodi didattici
Modalità di frequenza:
Fortemente consigliata
Modalità di erogazione:
Tradizionale
Materiale didattico e bibliografia
Rose-Innes, A.C.; Rhoderick, E.H., Introduction to Superconductivity, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, 1977
M.N. Wilson, Superconducting Magnets, Clarendon Press Oxford, 1983
Periodo
Secondo semestre
Docente/i