L’elettromagnetismonella ricerca per l’energia
da fusione nucleare di plasma d’idrogeno
R Cesario
R Cesario
I primi tesisti diRoma Tre a Frascati(2005-2006)
Sommario del corso integrativo di “Progetto di antenne”
• Il plasma. Concetto di tempertura.Effetto di schermatura dei potenziali.Comportamento collettivo del plasma
• Moto di singole particelle in campielettromagnetici. Modello di plasmacome fluido.
• Onde nei plasmi. Onde quasi-elettrostatiche. Relazione didispersione di onde di lower hybrid(LH)
• Propagazione ed assorbimento dionde LH. Il Landau damping
• Lanciatori a griglia di guide d’ondarettangolari in macchine tokamak
Nozioni di elettromagnetismo applicato
R Cesario
• Fonti energetiche primarie esviluppo sostenible. L’origine diogni forma di energia risiede nelfatto che l’Universo nascente eramolto ordinato
• È possibile trovare una fonteprimaria sostanzialmente nuova?
• Le quattro forze fondamentali dellanatura e Trasformazioni spontanee enon spontanee
• Trasformazioni non spontaneecome fonti primarie di energia?
• La fusione nucleare di plasmi diidrogeno• La più grande impresa scientifica
e tecnologica mai intrapresa• Il tokamak. Principali problemi:
• L’isolamento termico della colonna diplasma
• Funzionamento inregime continuo delfuturo reattore a fusione
Discussioni generali
Sommario del corso integrativo di “Progetto di antenne”
• Fonti energetiche primarie esviluppo sostenible. È possibiletrovare una fonte primariasostanzialmente nuova?
• Le quattro forze fondamentalidella natura
• L’origine prima di ogni forma dienergia. Trasformazionispontanee e non spontanee
• La fusione nucleare di plasmi diidrogeno: la più grande impresascientifica e tecnologica maiintrapresa
• Il tokamak.• Principali problemi: l’isolamento
termico della colonna di plasma• Funzionamento inregime
continuo del futuro reattore afusione
• Il plasma. Concetto di tempertura.Effetto di schermatura dei potenziali.Comportamento collettivo
• Moto di singole particelle in campielettromagnetici. Modello di plasmacome fluido.
• Onde nei plasmi. Onde quasi-elettrostatiche. Relazione didispersione di onde di lower hybrid(LH)
• Propagazione ed assorbimento dionde LH. Il Landau damping
• Lanciatori a griglia di guide d’ondarettangolari in macchine tokamak
Discussione generale Nozioni di elettromagnetismo applicato
R Cesario
ENERGIARICERCA MEDICA
TELECOMUNICAZIONI
MACCHINE TERMICHECALORE LAVORO
MACCHINE ELETTRICHEENERGIA ELETTRICA LAVOROMACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI,DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc
RICERCHE “FONDAMENTALI”
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Combustionedei fossili,fissionenucleare,gravitazione
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Energiaprodotta daprocessispontanei delleforze dellanatura sulpianeta
Combustionedei fossili,fissionenucleare,gravitazione
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Abbiamo raggiunto il limite delle capacità di produzione energetica da parte della forza elettromagnetica
Per produrre: si richiede:
1.400.000 kWh 1 m3 d’acqua (34 g di D)Sarà mai posibile?
Per produrre: si richiede:
Bisogna cercare una nuova fonte energetica primaria
Bisogna cercare una nuova fonte energetica primaria
L’uomo non ha ancora mai utilizzato la vera energianucleare (come fanno le stelle)
Dobbiamo superare una barriera conoscitiva,oltre che energetica, per utilizzare l’energia dafusione nucleare
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Energia di fusione termonucleare
Combustionedei fossili,fissionenucleare,gravitazione
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Energia di fusione termonucleare
Fontirinnovabili
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Fontirinnovabili
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La storia dell’universo
Come si originò la materiavisibile ?
Sommario del corso integrativo di “Progetto di antenne”
• Il plasma. Concetto di tempertura.Effetto di schermatura dei potenziali.Comportamento collettivo del plasma
• Moto di singole particelle in campielettromagnetici. Modello di plasmacome fluido.
• Onde nei plasmi. Onde quasi-elettrostatiche. Relazione didispersione di onde di lower hybrid(LH)
• Propagazione ed assorbimento dionde LH. Il Landau damping
• Lanciatori a griglia di guide d’ondarettangolari in macchine tokamak
Nozioni di elettromagnetismo applicato
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• Fonti energetiche primarie esviluppo sostenible. L’origine diogni forma di energia risiede nelfatto che l’Universo nascente eramolto ordinato
• È possibile trovare una fonteprimaria sostanzialmente nuova?
• Le quattro forze fondamentali dellanatura e Trasformazioni spontanee enon spontanee
• Trasformazioni non spontaneecome fonti primarie di energia?
• La fusione nucleare di plasmi diidrogeno• La più grande impresa scientifica
e tecnologica mai intrapresa• Il tokamak. Principali problemi:
• L’isolamento termico della colonna diplasma
• Funzionamento inregime continuo delfuturo reattore a fusione
Discussioni generali
Sommario del corso integrativo di “Progetto di antenne”
• Il plasma. Concetto di tempertura.Effetto di schermatura dei potenziali.Comportamento collettivo del plasma
• Moto di singole particelle in campielettromagnetici. Modello di plasmacome fluido.
• Onde nei plasmi. Onde quasi-elettrostatiche. Relazione didispersione di onde di lower hybrid(LH)
• Propagazione ed assorbimento dionde LH. Il Landau damping
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Nozioni di elettromagnetismo applicato
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• Fonti energetiche primarie esviluppo sostenible. L’origine diogni forma di energia risiede nelfatto che l’Universo nascente eramolto ordinato
• È possibile trovare una fonteprimaria sostanzialmente nuova?
• Le quattro forze fondamentali dellanatura e Trasformazioni spontanee enon spontanee
• Trasformazioni non spontaneecome fonti primarie di energia?
• La fusione nucleare di plasmi diidrogeno• La più grande impresa scientifica
e tecnologica mai intrapresa• Il tokamak. Principali problemi:
• L’isolamento termico della colonna diplasma
• Funzionamento inregime continuo delfuturo reattore a fusione
Discussioni generali
Sommario del corso integrativo di “Progetto di antenne”
• Il plasma. Concetto di tempertura.Effetto di schermatura dei potenziali.Comportamento collettivo del plasma
• Moto di singole particelle in campielettromagnetici. Modello di plasmacome fluido.
• Onde nei plasmi. Onde quasi-elettrostatiche. Relazione didispersione di onde di lower hybrid(LH)
• Propagazione ed assorbimento dionde LH. Il Landau damping
• Lanciatori a griglia di guide d’ondarettangolari in macchine tokamak
Nozioni di elettromagnetismo applicato
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• Fonti energetiche primarie esviluppo sostenible. L’origine diogni forma di energia risiede nelfatto che l’Universo nascente eramolto ordinato
• È possibile trovare una fonteprimaria sostanzialmente nuova?
• Le quattro forze fondamentali dellanatura e Trasformazioni spontanee enon spontanee
• Trasformazioni non spontaneecome fonti primarie di energia?
• La fusione nucleare di plasmi diidrogeno• La più grande impresa scientifica
e tecnologica mai intrapresa• Il tokamak. Principali problemi:
• L’isolamento termico della colonna diplasma
• Funzionamento inregime continuo delfuturo reattore a fusione
Discussioni generali
Interazione nucleare forteNUCLEO DI C
n
np+
NUCLEO DI TRIZIO
• È un’interazione di corto raggio (10-13 cm) 100 volte più intensa della forza e.m.
Forza elettromagnetica +Q+q
+Q-q
Forza gravitazionaleMm
! e
e!
p+Decadimento
del neutrone
n
Le forze fondamentali della natura
R Cesario
Interazione nucleare debole• Sarebbero necessarie diverse masse terrestriper essere utilizzabile
• È 1038 volte più intensa della forza gravitazionale
+Q+q
+Q-q
MmForza gravitazionale
n
np+
NUCLEO DI TRIZIONUCLEO DI C
Come fa il sole a produrre energia?
L’elio2è instabile
2
He
p+
p+
R Cesario
Interazione nucleare forte
R Cesario
+Q+q
+Q-q
Mm
n
np+
NUCLEO DI TRIZIONUCLEO DI C
Come fa il sole a produrre energia?
R Cesario
Interazione nucleare forte
Forza gravitazionale
Interazione nucleare debole
R Cesario
+Q+q
+Q-q
Mm
n
np+
NUCLEO DI TRIZIONUCLEO DI C
p+
! e e
+
Come fa il sole a produrre energia?
p+
Interazione nucleare forte
Forza gravitazionale
Interazione nucleare debole
2
H3
He4
He
Forza gravitazionale
Come fa il sole a produrre energia?
2
H
! e e
+
3
He4
He
p+
2
He
Reazio
ne m
olto l
enta
p+
p+
Interazione nucleare forte
Interazione nucleare debole
+Q+q
+Q-q
Mm
Forza elettromagnetica
Forza gravitazionale
Interazione nucleare forte n
np+
NUCLEO DI TRIZIONUCLEO DI C
p+
! e e
+p+
Come fa il sole a produrre energia ?
Tutte le forze della natura sono necessarie perprodurre ed irradiare l’energia del sole
Interazione nucleare debole
2
H3
He4
He
Il plasma è lo stato di aggregazione della materiaprodotto più antico
È anche lo stato aggregazione che permane su escursionidi densità enormi
R CesarioR Cesario
Rapporto tra le densità di materia
aria/ acqua 10-3
solido / acqua 10
È anche lo stato aggregazione che permane su escursionidi densità enormi
Il plasma è lo stato di aggregazione della materiaprodotto più antico
R Cesario
Come è fatta la materia visibile ?
R Cesario
Rapporto tra le densità di materia
aria/ acqua 10-3
nana bianca / acquastella di neutroni / acqua
105
1015
plasmi 1018
solido / acqua 10
Il plasma è lo stato di aggregazione della materiaprodotto più antico
È anche lo stato aggregazione che permane su escursionidi densità enormi
R Cesario
Come è fatta la materia visibile ?
R Cesario
gas
liqui
di
solid
i
Stat
i del
la m
ater
ia
U3 U4U2 U5U1
10-5
1o
2o
3o
4o
U0
UN-1<E < UN
108 1010 1012 101410610410210
Il plasma: stato di aggregazione originario della materia
Come è fatta la materia visibile ?
plasma
R CesarioR Cesario
T (gradi centigradi)
La differenza traun solido, unliquido e un gassta nelladifferenteenergia internadelle suemolecole
Fonti energetiche primariee sviluppo sostenible: - Come utilizzare a pieno tutte e quattro le forze fondamentali della natura?
L’origine prima di tutte le fontienergetiche: la bassa entropiaesistente al nascere dell’Universo
Fonti energetiche primariee sviluppo sostenible: - Le quattro forze fondamentali della natura
L’interazione nucleare forte è ben lungidall’essere stata utilizzata a pieno
L’origine prima di tutte le fontienergetiche: la bassa entropia alnascere dell’Universo