ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| PLASMI C | FIS/03 | LEZIONI | 36 |
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Il corso vuole fornire un'introduzione a varie problematiche della fisica dei plasmi nelle quali la nonlinearità gioca un ruolo fondamentale. I fenomeni esposti variano dai plasmi in interazione con impulsi laser ad altissima intensità, dove la nonlinearità appare come conseguenza di una descrizione relativistica, a plasmi di interesse astrofisico e applicativo. Attraverso la descrizione di vari modelli il corso fornisce al tempo stesso un'introduzione ad alcune tecniche generali di soluzione di problemi nonlineari in Fisica.Il programma del corso, e di conseguenza le conoscenze acquisite, possono variare a seconda degli interessi dei partecipanti.
The course aims to give an introduction to selected problems in plasma physics in which nonlinearity plays a fundamental role. The phenomena presented include both plasmas interactiong with superintense laser light, where the nonlineariy appears as a consequence of relativistic dynamics, to plasmas of astrophysical and applicative interest. Through the description of various models the course also gives an introduction to some techniques for the solution of nonlinear problems in physics.
principalmente elettromagnetismo e elettrodinamica classica a livello del 2° anno triennale (corso Fisica 2), basi di relatività speciale e meccanica relativistica (corso di Meccanica) alcuni metodi matematici a livello di 3° anno (principalmente trasformata di Fourier), alcuni concetti basilari di meccanica analitica e statistica classica (funzioni di Lagrange e di Hamilton, spazio delle fasi, funzione di distribuzione)
mainly classical electromagnetism and electrodynamics at the 2nd year undergraduate level: Maxwell's equations, generation and propagation of electromagnetic waves, electrodynamics of continuous media. Basics of special relativity (Lorentz transformations, relativistic dynamics of a particle), Fourier transform, analytical and statistical mechanics (Lagrangian, Hamiltonian, distribution functions in phase space).
Richiami di base di fisica del plasma. Equazioni fluide e loro "chiusura". Onde lineari trasversali e longitudinali. Onde
localizzate, plasmoni di superficie e loro applicazione in plasmonica. Onde elettrostatiche di grande ampiezza e
wavebreaking.
Dinamica nonlineare degli ioni: onde ionacustiche, espansione selfsimilare di un plasma caldo, criterio di Bohm per la
formazione di una sheath stabile, shocks e solitoni in regime non collisionale.
Onde elettromagnetiche di grande ampiezza e ottica relativistica: selffocusing, trasparenza indotta. Forza ponderomotiva e
pressione di radiazione. Specchi relativistici. Applicazioni: acceleratori laserplasma di elettroni e di ioni, generazione di
alte armoniche, produzione di impulsi ultrabrevi e superintensi. Instabilità e generazione di campi quasistatici.
Applicazioni alla fusione a confinamento inerziale e all'astrofisica "di laboratorio".
Scariche e dispositivi al plasma, sonde elettrostatiche, applicazioni alla propulsione spaziale.
Principi di simulazione dei plasmi: modello di Dawson, metodi "Vlasov" e "ParticleInCell".
Program draft:
Review of basics of plasma physics. Linear transverse and longitudinal waves. Localized waves, surface plasmons and their applications. High amplitude electrostatic waves and wavebreaking. Ion acoustic waves, shocks and solitons in collisionless regimes. The ponderomotive force and radiation pressure. High amplitude electromagnetic waves and relativistic optics: self-focusing and induced transparency. Relativistic mirrors. Applications: laser-plasma acceleration of electrons and ions, high harmonic generation, production of ultrashort and superintense pulses. Particle acceleration in astrophysics and in the laboratory. Collisionless absorption of electromagnetic waves: linear resonance absorption, stochastic and nonlinear absoprtion in various regimes. Noninear dynamics of thermal plasmas. Sheath formation. Plasma expansion and self-similar solutions. Application to ultracold plasmas, discharges and plasma devices, ion acceleration in laser plasmas. Collective phenomena in energy transport. Instabilities and generation of intesne static fields. Application to inertial confinement fusion and to astrophysics. Principles of plasma simulation.
- libro: A. Macchi, "A Superintense Laser-Plasma Interaction Theory Primer" (Springer, 2013), fornito dal docente.
- appunti: A. Macchi, "Appunti su Scariche di Plasma per Applicazioni Tecnologiche", forniti dal docente.
- vari riferimenti da libri e articoli indicati e messi a disposizione degli studenti a seconda dello svolgimento del programma
- book: A. Macchi, "A Superintense Laser-Plasma Interaction Theory Primer" (Springer, 2013), available from the lecturer.
- notes: A. Macchi, "Appunti su Scariche di Plasma per Applicazioni Tecnologiche", available from the lecturer.
-other references (books, papers) will be indicated and made available to the students depeding on the course program
A discrezione dello studente, esame orale sul programma del corso oppure preparazione (assisita dal docente) di una "tesina" che approfondisca un argomento a scelta, da presentare in un seminario finale.
The student may choose either an oral examination on the course program or the preparation of a seminar which should expand a bit a topic of the course (at the student's preference).
http://osiris.df.unipi.it/~macchi/PLASMAC/plasmaphysicsC.html
