L elettromagnetismo nella ricerca per l energia da fusione nucleare di plasma d idrogeno. R Cesario

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2 L elettromagnetismo nella ricerca per l energia da fusione nucleare di plasma d idrogeno R Cesario

3 R Cesario

4 I primi tesisti di Roma Tre a Frascati ( )

5 Sommario del corso integrativo di Progetto di antenne Discussioni generali Fonti energetiche primarie e sviluppo sostenible. L origine di ogni forma di energia risiede nel fatto che l Universo nascente era molto ordinato È possibile trovare una fonte primaria sostanzialmente nuova? Le quattro forze fondamentali della natura e Trasformazioni spontanee e non spontanee Trasformazioni non spontanee come fonti primarie di energia? La fusione nucleare di plasmi di idrogeno La più grande impresa scientifica e tecnologica mai intrapresa Il tokamak. Principali problemi: L isolamento termico della colonna di plasma Funzionamento inregime continuo del futuro reattore a fusione Nozioni di elettromagnetismo applicato Il plasma. Concetto di tempertura. Effetto di schermatura dei potenziali. Comportamento collettivo del plasma Moto di singole particelle in campi elettromagnetici. Modello di plasma come fluido. Onde nei plasmi. Onde quasielettrostatiche. Relazione di dispersione di onde di lower hybrid (LH) Propagazione ed assorbimento di onde LH. Il Landau damping Lanciatori a griglia di guide d onda rettangolari in macchine tokamak R Cesario

6 Sommario del corso integrativo di Progetto di antenne Discussione generale Fonti energetiche primarie e sviluppo sostenible. È possibile trovare una fonte primaria sostanzialmente nuova? Le quattro forze fondamentali della natura L origine prima di ogni forma di energia. Trasformazioni spontanee e non spontanee La fusione nucleare di plasmi di idrogeno: la più grande impresa scientifica e tecnologica mai intrapresa Il tokamak. Principali problemi: l isolamento termico della colonna di plasma Funzionamento inregime continuo del futuro reattore a fusione Nozioni di elettromagnetismo applicato Il plasma. Concetto di tempertura. Effetto di schermatura dei potenziali. Comportamento collettivo Moto di singole particelle in campi elettromagnetici. Modello di plasma come fluido. Onde nei plasmi. Onde quasielettrostatiche. Relazione di dispersione di onde di lower hybrid (LH) Propagazione ed assorbimento di onde LH. Il Landau damping Lanciatori a griglia di guide d onda rettangolari in macchine tokamak R Cesario

7 MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc ENERGIA TELECOMUNICAZIONI RICERCA MEDICA RICERCHE FONDAMENTALI R Cesario

8 MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO. MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc ENERGIA TELECOMUNICAZIONI RICERCA MEDICA RICERCHE FONDAMENTALI R Cesario

9 MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc Combustione dei fossili, fissione nucleare, gravitazione ENERGIA RICERCHE FONDAMENTALI TELECOMUNICAZIONI RICERCA MEDICA R Cesario

10 MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc Combustione dei fossili, fissione nucleare, gravitazione ENERGIA RICERCHE FONDAMENTALI TELECOMUNICAZIONI RICERCA MEDICA R Cesario

11 Energia prodotta da processi spontanei delle forze della natura sul pianeta Combustione dei fossili, fissione nucleare, gravitazione MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO. ENERGIA RICERCHE FONDAMENTALI MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc TELECOMUNICAZIONI RICERCA MEDICA R Cesario

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13 MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc Combustione dei fossili, fissione nucleare, gravitazione ENERGIA RICERCHE FONDAMENTALI TELECOMUNICAZIONI RICERCA MEDICA R Cesario

14 MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc Combustione dei fossili, fissione nucleare, gravitazione ENERGIA TELECOMUNICAZIONI Please find a new source of energy! RICERCA MEDICA RICERCHE FONDAMENTALI Abbiamo raggiunto il limite delle capacità di produzione energetica da parte della forza elettromagnetica R Cesario

15 Per produrre: si richiede:

16 Per produrre: si richiede: kwh 1 m 3 d acqua (34 g di D) Sarà mai posibile?

17 Bisogna cercare una nuova fonte energetica primaria

18 Bisogna cercare una nuova fonte energetica primaria L uomo non ha ancora mai utilizzato la vera energia nucleare (come fanno le stelle)

19 Dobbiamo superare una barriera conoscitiva, oltre che energetica, per utilizzare l energia da fusione nucleare

20 MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc Combustione dei fossili, fissione nucleare, gravitazione ENERGIA TELECOMUNICAZIONI Please find a new source of energy! RICERCA MEDICA RICERCHE FONDAMENTALI Energia di fusione termonucleare

21 MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO. MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc Combustione dei fossili, fissione nucleare, gravitazione ENERGIA TELECOMUNICAZIONI Please find a new source of energy! RICERCA MEDICA RICERCHE FONDAMENTALI Energia di fusione termonucleare

22 MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc Fonti rinnovabili ENERGIA RICERCHE FONDAMENTALI TELECOMUNICAZIONI RICERCA MEDICA Energia di fusione termonucleare

23 Energia prodotta da processi spontanei delle forze della natura sul pianeta Fonti rinnovabili MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO ENERGIA MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc TELECOMUNICAZIONI RICERCA MEDICA RICERCHE FONDAMENTALI Energia di fusione termonucleare

24 Energia prodotta da processi spontanei delle forze della natura sul pianeta Combustione dei fossili, fissione nucleare, gravitazione MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO ENERGIA RICERCHE FONDAMENTALI MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc TELECOMUNICAZIONI Please find a new source of energy! RICERCA MEDICA Energia di fusione termonucleare

25 Energia prodotta da processi spontanei delle forze della natura sul pianeta Combustione dei fossili, fissione nucleare, gravitazione MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO ENERGIA RICERCHE FONDAMENTALI MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc TELECOMUNICAZIONI RICERCA MEDICA Energia di fusione termonucleare

26 Energia prodotta da processi spontanei delle forze della natura sul pianeta Combustione dei fossili, fissione nucleare, gravitazione MACCHINE TERMICHE CALORE LAVORO ENERGIA RICERCHE FONDAMENTALI MACCHINE ELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA LAVORO MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI, DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc TELECOMUNICAZIONI RICERCA MEDICA Energia di fusione termonucleare

27 Come si originò la materia visibile? La storia dell universo

28 Sommario del corso integrativo di Progetto di antenne Discussioni generali Fonti energetiche primarie e sviluppo sostenible. L origine di ogni forma di energia risiede nel fatto che l Universo nascente era molto ordinato È possibile trovare una fonte primaria sostanzialmente nuova? Le quattro forze fondamentali della natura e Trasformazioni spontanee e non spontanee Trasformazioni non spontanee come fonti primarie di energia? La fusione nucleare di plasmi di idrogeno La più grande impresa scientifica e tecnologica mai intrapresa Il tokamak. Principali problemi: L isolamento termico della colonna di plasma Funzionamento inregime continuo del futuro reattore a fusione Nozioni di elettromagnetismo applicato Il plasma. Concetto di tempertura. Effetto di schermatura dei potenziali. Comportamento collettivo del plasma Moto di singole particelle in campi elettromagnetici. Modello di plasma come fluido. Onde nei plasmi. Onde quasielettrostatiche. Relazione di dispersione di onde di lower hybrid (LH) Propagazione ed assorbimento di onde LH. Il Landau damping Lanciatori a griglia di guide d onda rettangolari in macchine tokamak R Cesario

29 Sommario del corso integrativo di Progetto di antenne Discussioni generali Fonti energetiche primarie e sviluppo sostenible. L origine di ogni forma di energia risiede nel fatto che l Universo nascente era molto ordinato È possibile trovare una fonte primaria sostanzialmente nuova? Le quattro forze fondamentali della natura e Trasformazioni spontanee e non spontanee Trasformazioni non spontanee come fonti primarie di energia? La fusione nucleare di plasmi di idrogeno La più grande impresa scientifica e tecnologica mai intrapresa Il tokamak. Principali problemi: L isolamento termico della colonna di plasma Funzionamento inregime continuo del futuro reattore a fusione Nozioni di elettromagnetismo applicato Il plasma. Concetto di tempertura. Effetto di schermatura dei potenziali. Comportamento collettivo del plasma Moto di singole particelle in campi elettromagnetici. Modello di plasma come fluido. Onde nei plasmi. Onde quasielettrostatiche. Relazione di dispersione di onde di lower hybrid (LH) Propagazione ed assorbimento di onde LH. Il Landau damping Lanciatori a griglia di guide d onda rettangolari in macchine tokamak R Cesario

30 Sommario del corso integrativo di Progetto di antenne Discussioni generali Fonti energetiche primarie e sviluppo sostenible. L origine di ogni forma di energia risiede nel fatto che l Universo nascente era molto ordinato È possibile trovare una fonte primaria sostanzialmente nuova? Le quattro forze fondamentali della natura e Trasformazioni spontanee e non spontanee Trasformazioni non spontanee come fonti primarie di energia? La fusione nucleare di plasmi di idrogeno La più grande impresa scientifica e tecnologica mai intrapresa Il tokamak. Principali problemi: L isolamento termico della colonna di plasma Funzionamento inregime continuo del futuro reattore a fusione Nozioni di elettromagnetismo applicato Il plasma. Concetto di tempertura. Effetto di schermatura dei potenziali. Comportamento collettivo del plasma Moto di singole particelle in campi elettromagnetici. Modello di plasma come fluido. Onde nei plasmi. Onde quasielettrostatiche. Relazione di dispersione di onde di lower hybrid (LH) Propagazione ed assorbimento di onde LH. Il Landau damping Lanciatori a griglia di guide d onda rettangolari in macchine tokamak R Cesario

31 Le forze fondamentali della natura Forza gravitazionale m M +q +Q Forza elettromagnetica È volte più intensa della forza gravitazionale Interazione nucleare forte È un interazione di corto raggio (10-13 cm) 100 volte più intensa della forza e.m. -q p + n n NUCLEO DI TRIZIO +Q NUCLEO DI C Interazione nucleare debole Sarebbero necessarie diverse masse terrestri per essere utilizzabile n Decadimento del neutrone! e e! p + R Cesario

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33 Come fa il sole a produrre energia? Forza gravitazionale Interazione nucleare forte +q -q p + p + p + m 2 He n n NUCLEO DI TRIZIO +Q +Q L elio2 è instabile M NUCLEO DI C R R Cesario Cesario

34 Come fa il sole a produrre energia? +q +Q -q +Q Forza gravitazionale Interazione nucleare forte Interazione nucleare debole p + m n n NUCLEO DI TRIZIO M NUCLEO DI C R R Cesario Cesario

35 Come fa il sole a produrre energia? +q +Q -q +Q Forza gravitazionale Interazione nucleare forte Interazione nucleare debole p + m n n 2 H p + p + NUCLEO! e DI TRIZIO e + 3 He M NUCLEO DI C 4 He

36 Come fa il sole a produrre energia? Forza gravitazionale p + p + 2 He 2 H Reazione molto lenta 3 He 4 He Interazione nucleare forte p +! e e + Interazione nucleare debole

37 Come fa il sole a produrre energia? Tutte le forze della natura sono necessarie per produrre ed irradiare l energia del sole Forza elettromagnetica +q -q +Q +Q Forza gravitazionale Interazione nucleare forte Interazione nucleare debole p + m n n 2 H p + p + NUCLEO! e DI TRIZIO e + 3 He M NUCLEO DI C 4 He

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46 Il plasma è lo stato di aggregazione della materia prodotto più antico È anche lo stato aggregazione che permane su escursioni di densità enormi R Cesario R Cesario

47 Il plasma è lo stato di aggregazione della materia prodotto più antico È anche lo stato aggregazione che permane su escursioni di densità enormi Rapporto tra le densità di materia aria/ acqua 10-3 solido / acqua 10 Come è fatta la materia visibile? R Cesario R Cesario

48 Il plasma è lo stato di aggregazione della materia prodotto più antico È anche lo stato aggregazione che permane su escursioni di densità enormi Rapporto tra le densità di materia aria/ acqua 10-3 solido / acqua 10 nana bianca / acqua stella di neutroni / acqua plasmi Come è fatta la materia visibile? R Cesario R Cesario

49 Come è fatta la materia visibile? Il plasma: stato di aggregazione originario della materia La differenza tra un solido, un liquido e un gas sta nella differente energia interna delle sue molecole Stati della materia 4 o 3 o 2 o 1 o U 0 solidi U U N-1 <E < U N liquidi gas U 2 U 3 U 4 U plasma T (gradi centigradi) R Cesario R Cesario

50 Fonti energetiche primarie e sviluppo sostenible: - Come utilizzare a pieno tutte e quattro le forze fondamentali della natura? L origine prima di tutte le fonti energetiche: la bassa entropia esistente al nascere dell Universo

51 Fonti energetiche primarie e sviluppo sostenible: - Le quattro forze fondamentali della natura L origine prima di tutte le fonti energetiche: la bassa entropia al nascere dell Universo L interazione nucleare forte è ben lungi dall essere stata utilizzata a pieno

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