CdSINGEGNERIA NUCLEARE
Codice1101I
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaInglese
| Moduli | Settore/i | Tipo | Ore | Docente/i | |
| ENGINEERING OF FUSION REACTORS | ING-IND/19 | LEZIONI | 60 |
|
Gli studenti che completano con successo questo corso acquisiranno solide conoscenze sulle configurazioni di confinamento magnetico ed inerziale della reazione di fusione nucleare per il futuro sviluppo di una nuova potenziale fonte di energia. Verranno acquisite conoscenze avanzate sulla macchina Tokamak, con dettagliata comprensione dei principali componenti e dei sistemi ausiliari del reattore sperimentale ITER. Completa il corso una panoramica dei principali impianti di ricerca sulla fusione nucleare, evidenziandone peculiarità e principali differenze.
The students successfully completing this course will acquire solid knowledge on nuclear fusion reactions and their adoption in magnetic and inertial confinement configurations for power production, as a source of future energy. Advanced knowledge will be achieved on Tokamak machine, with a detailed understanding of the International Thermonuclear Experimental Reactor main components and auxiliary systems.
Nel corso di un colloquio orale verrà valutata la capacità degli studenti di discutere correttamente gli argomenti presentati durante il corso utilizzando appropriata terminologia. Verrà inoltre valutata la capacità di sintetizzare e confrontare i concetti fondamentali dei contenuti del corso.
During an oral interview, the students will be assessed on their ability to properly discuss the course topics using appropriate terminology. Moreover, the capability to summarize and compare fundamental principles of the course contents will be evaluated
Il corso fornisce le seguenti competenze principali:
- capacità di comprendere le reazioni di fusione nucleare e le loro implicazioni nel bilancio energetico degli impianti di fusione;
- capacità di comprendere le peculiarità del plasma connesse ai reattori a fusione;
- capacità di comprendere e confrontare configurazioni di confinamento magnetico (tokamak, stellarator ed a campo invertito) ed inerziale;
- capacità di comprendere gli obiettivi della macchina ITER e le configurazioni dei suoi principali componenti;
- capacità di comprendere i principali aspetti e differenze degli impianti di ricerca orientati allo studio della fusione nucleare presneti e futuri.
The following main skills are provided by the course:
- capability to understand fusion reactions and their implication in fusion reaction energy balance;
- capability to understand the plasma peculiarities for fusion reactors;
- capability to understand and compare magnetic confinement configurations (tokamak, stellarator and reversed field pinch) and inertial confinement;
- capability to understand the objectives and configuration of ITER machine.
Nel corso di un colloquio orale verranno verificate le competenze acquisite dagli studenti, valutandone il grado di comprensione e la capacità di collegare i diversi argomenti del corso.
During an oral interview, the skills acquired by the students will be assessed, evaluating the comprehension degree and capability to connect different topic of the course
Gli studenti acquisiranno e/o svilupperanno una consapevolezza sullo sfruttamento pacifico della fonte energetica da fusione nucleare. Gli studenti acquisiranno sensibilità e comprensione dei sistemi complessi adottati, sulla base dello studio delle configurazioni del reattore ITER e degli impianti di potenza a fusione nucleare.
Students will acquire and/or develop an awareness on peaceful exploitation of nuclear fusion energy source. Students will acquire sensibility and understanding of complex plant systems, on the basis of the studied ITER configuration
Il colloquio orale accerterà l'attitudine personale dello studente proponendo domande e problemi relativi all'ingegneria della fusione nucleare.
The oral interview will ascertain the personal attitude of the student by proposing questions and problems related to fusion reaction engineering
Conoscenze e competenze di base di Matematica, Fisica ed Elettromagnetismo a livello di Laurea Triennale. Capacità di comprendere schemi impiantistici e di componenti assemblati.
Basic knowledge and skills of Mathematics, Physics and Electromagnetism at BSc level. Capabilities to understand plant schemes and assembly of components
Lezioni frontali o a distanza (live/registrate via Microsoft Teams), con l'ausilio di slides e video.
Front and distance (live online by Microsoft Teams) lessons, with the help of slides and movies
Il corso tratta i seguenti argomenti principali:
- Principali reazioni di fusione, sezioni d'urto, difetto di massa, barriera di Coulomb e tasso di reazione di fusione;
- Bilancio energetico nei reattori a fusione e criteri di Lawson;
- Caratteristiche del plasma (lunghezza di Debye, parametro del plasma, frequenza, conduttività elettrica), perdite di energia del plasma e riscaldamento del plasma;
- Confinamento magnetico del plasma: forza di Lorentz, drift di una singola particella, magnetoidrodinamica (forze di pressione radiali e forze toroidali), parametro beta;
- Specchi magnetici e configurazioni toroidali a confinamento chiuso (tokamak, stellarator, pinch a campo invertito);
- Impianto ITER: componenti principali del tokamak (criostato, magneti, camera a vuoto, blanket, divertore e schermatura termica) e sistemi ausiliari (raffreddamento, vuoto, sistema criogenico, fuel, movimentazione remota e sistema di produzione del trizio);
- Importanza di ITER per l'impianto DEMO, breeding blanket e panoramica dell'impianto DEMO.
- Panoramica generale delle principali macchine di fusione a confinamento magnetico disponibili e in fase di progettazione.
- Fusione a Confinamento Inerziale, riscaldamento diretto e indiretto, principali parametri, impianti disponibili e progetti futuri.
- Cenni alle Reazioni Nucleari a Bassa Energia: Fusione Catalizzata da Muoni, effetti anomali nella Cella Elettrolitica.
- Reattori ibridi e loro applicazione alla chiusura del ciclo del combustibile nucleare.
The course covers the following topics:
- Main fusion reactions, cross sections, mass defect, Coulomb barrier and fusion reaction rate;
- Energy balance in fusion reactors and Lawson criteria;
- Plasma characteristics (Debye length, plasma parameter, plasma frequency, electrical conductivity), plasma energy losses and plasma heating;
- Plasma magnetic confinement: Lorentz force, single particle motion drifts, Magnetohydrodynamics (radial pressure forces and toroidal forces), beta parameter;
- Magnetic mirrors and toroidal closed confinement configurations (tokamak, stellarator, reversed field pinch);
- ITER machine: tokamak main components (cryostat, magnets, vacuum vessel, blanket, divertor and thermal shielding) and auxiliary systems (cooling, vacuum, cryogenic, fuel, remote handling and tritium breeding system);
- Other types of nuclear fusion: "inertial fusion", "muonic fusion", etc.
- Hybrid reactors and their application to the nuclear fuel cycle closure.
Il materiale didattico principale è costituito dalle diapositive presentate durante le lezioni, disponibili come file PDF via Microsoft Teams. Maggiori dettagli si possono trovare nei seguenti libri di testo:
Jeffrey P. Freidberg, “Plasma Physics and Fusion Energy”, 1a edizione 2008, Cambridge University Press;
A. A. Harms, K. F. Schoepf, G. H. Miley e D. R. Kingdon, “Principles of Fusion Energy”, giugno 2000, World Scientific.
The main teaching material is constituted of slides presented during the lectures, available as PDF file through Microsoft Teams. More details can be found in the following textbooks:
Jeffrey P. Freidberg, “Plasma Physics and Fusion Energy”, 1st edition 2008, Cambridge University Press;
A. A. Harms, K. F. Schoepf, G. H. Miley and D. R. Kingdon, “Principles of Fusion Energy”, June 2000, World Scientific.
Non sono previste variazioni (sul programma, sull'esame, sulla bibliografia ecc.) per gli studenti non frequentanti.
There are not variations (about program, exam, bibliography etc.) for non-attending students.
La preparazione dello studente verrà valutata nel corso di una prova orale, che consiste in un colloquio tra il candidato e la commissione d'esame (di cui il docente è presidente). Nel corso della prova orale al candidato potrà essere richiesto di risolvere anche problemi/esercizi scritti davanti alla commissione.
L'esame si considera superato se lo studente fornisce risposte sufficientemente corrette alle domande proposte.
Non è possibile superare la prova se il candidato mostra incapacità di esprimersi in modo chiaro, non utilizzando la terminologia corretta, oppure se il candidato non risponde in modo sufficiente a domande riguardanti le parti più rilevanti del corso. La prova non avrà esito positivo se il candidato dimostra ripetutamente incapacità di relazionare e collegare parti del programma con nozioni e idee che dovrà combinare per rispondere correttamente alla domanda.
Per sostenere l'esame non è necessario superare prove intermedie, completare progetti didattici, seguire attività di seminari o di laboratorio.
The student preparation will be evaluated during one oral test. It consists of an interview between the candidate and exam commission (of which the lecturer is the president). During the oral test the candidate could be requested to also solve written problems/exercises in front of the commission.
The exam is considered passed if the student provides a sufficiently correct answer to the proposed questions.
It is not possible to pass the test if the candidate shows an inability to express him/herself in a clear manner using the correct terminology, or if the candidate does not respond sufficiently to questions regarding the most fundamental part of the course. The test will not have a positive outcome if the candidate repeatedly demonstrates an incapacity to relate and link parts of the programme with notions and ideas that he/her must combine in order to correctly respond to a question
It is not necessary to pass intermediate tests, completed educational projects, follow seminar or lab activities for attending the exam.
Per ogni ulteriore informazione è possibile contattare il docente via email: alessio.pesetti@unipi.it
For any further information contact the teacher at the email alessio.pesetti@unipi.it