Fisica dei plasmi e della fusione controllata

A.A. 2019/2020
Insegnamento per
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/03
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Preparazione di base su aspetti fenomenologici, modelli teorici e metodi sperimentali in fisica dei plasmi, che permettano di affrontare argomenti specifici riguardanti il comportamento dei plasmi in campo astrofisico, nella fusione termonucleare controllata, nell'interazione onda-plasma e in generale nelle applicazioni dei plasmi.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Programma
Caratteristiche di base dei plasmi.
Plasmi in natura e in laboratorio: plasmi astrofisici e spaziali, plasmi termonucleari, plasmi prodotti da laser, plasmi non neutri, applicazioni industriali dei plasmi. Quasi-neutralità, effetto schermo, oscillazioni di plasma. Urti coulombiani.
Dinamica delle particelle.
Moti di deriva, invarianti adiabatici. Specchi magnetici. Le fasce di radiazione di Van Allen, moto di particelle cariche nel campo magnetico terrestre.
Descrizione cinetica e descrizione fluida del plasma.
Campi autoconsistenti ed effetti collettivi. Equazione di Vlasov. Effetti collisionali. Equazione di Fokker-Planck. Equazioni dei momenti. Modello a più fluidi. Cenni di teoria del trasporto.
Magnetoidrodinamica.
Il modello ad un sol fluido. La magnetoidrodinamica ideale, congelamento delle linee di forza. Onde magnetoidrodinamiche. Equilibrio e stabilità magnetoidrodinamica. Instabilità di Rayleigh-Taylor ed instabilità di scambio. Principio dell'energia.
Onde nei plasmi ed emissione di radiazione.
Propagazione di onde in un plasma omogeneo nel modello fluido e nell'approccio cinetico. Interazione risonante onda-particella, smorzamento di Landau. Propagazione di onde in un plasma non omogeneo, metodo WKB, equazioni di ray-tracing, propagazione di onde radio nella ionosfera. Bremsstrahlung. Radiazione di ciclotrone.
Plasmi astrofisici e spaziali.
Caratteristiche dei plasmi astrofisici. Plasma solare. Vento solare. Cenni alla riconnessione magnetica, riscaldamento della corona solare. Accelerazione di particelle.
La fusione termonucleare controllata.
Reazioni di fusione. Condizioni di ignizione e criterio di Lawson. Approcci alla fusione, sistemi a confinamento magnetico e fusione inerziale. Stato dell'arte delle ricerche sulla fusione termonucleare controllata, il progetto ITER.
Propedeuticità
Elettrodinamica Classica
Prerequisiti e modalità di esame
Modalità di frequenza: Fortemente consigliata.
Modalità di erogazione: Tradizionale.
Modalità d'esame: Prova Orale
Prerequisiti: Meccanica ed elettromagnetismo di base.
Propedeuticità consigliate: Elettrodinamica Classica
Metodi didattici
Modalità di frequenza: fortemente consigliata;
Modalità di erogazione: tradizionale.
Materiale didattico e bibliografia
R. Fitzpatrick, "Plasma Physics - An Introduction"
R. Pozzoli, "Fisica del Plasma Termonucleare e Astrofisico"
P. M. Bellan, "Fundamentals of Plasma Physics"
F. F. Chen, "Introduction to Plasma Physics"
Appunti del corso
Periodo
Secondo semestre
Periodo
Secondo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
Docente/i
Ricevimento:
Venerdì, 9:30-12:30 (su appuntamento)
Dipartimento di Fisica, via Celoria 16, 20133 Milano