- Dipartimento di Fisica e Astronomia and

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI CATANIA
Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
Struttura didattica aggregata di Fisica
Corso di Laurea Magistrale in Fisica
Curricula Nucleare e Subnucleare ed Applicativo
Programma di FISICA DEI REATTORI NUCLEARI
A.A. 2011-2012
Prof. Giuseppe Russo
La prima parte del corso ha lo scopo di fornire le conoscenze di base sui processi di
fissione e fusione nucleare per affrontare lo studio dei reattori a fissione ed a fusione.
Nella seconda parte vengono studiati i principi fisici che caratterizzano il funzionamento di
un reattore nucleare a fissione. Infine, nella terza parte si introducono gli argomenti di
base di fisica dei plasmi necessari per lo studio dei reattori a fusione nucleare controllata.
1) Fissione e fusione nucleare
Caratteristiche generali del processo di fissione: prodotti di fissione e loro distribuzione
in massa ed energia - Sezioni d’urto di fissione indotta da neutroni - Meccanismo e
barriere di fissione - Caratteristiche generali del processo di fusione: sezioni d’urto nelle
reazioni T(d,n)4He, D(d,p)T, D(d,n)3He, 3He(d,p)4He – Barriera coulombiana – Rate di
reazione - Effetto della distribuzione maxwelliana della energia sulla velocità di reazione
termonucleare – Parametro di tasso della reazione di fusione .
2) Reattori a fissione
Materiali fissili e fertili – Classificazione dei reattori a fissione: termici, veloci ed
autofertilizzanti – Teoria del reattore nel regime stazionario - Approssimazione della teoria
della diffusione e legge di Fick: soluzione dell’equazione della diffusione per particolari
sorgenti neutroniche - Rallentamento neutronico: letargia, decremento logaritmico medio
dell’energia, potere rallentante e rapporto di moderazione – Spettro dei neutroni dopo
alcuni urti - Densità di rallentamento – Equazione dell’età di Fermi – Soluzione
dell’equazione dell’età per una sorgente di neutroni puntiforme e per sorgenti estese Equazione di criticità – Formula dei quattro fattori – Massa critica minima – Reattori con
riflettori - Cinetica del reattore a fissione ed effetto dei neutroni ritardati sul periodo del
reattore – Cenni sui sistemi di controllo, sicurezza e radioprotezione – Reattori di IV
generazione.
3) Reattori a fusione
Richiami sulle equazioni di Maxwell – Moto di cariche in campi elettromagnetici Elementi di magnetoidrodinamica e di fisica dei plasmi: Spazio delle fasi e funzione di
distribuzione – Teorema di Liouville - Equazioni di Boltzmann e di Vlasov - Plasma in un
campo elettromagnetico – Equazioni magnetoidrodinamiche (MHD) – Equazioni ad un
fluido: modello MHD e soluzioni statiche - Effetto di strizzamento – Emissione di
radiazione da un plasma: Formula di Larmor, bremsstrahlung, radiazione di ciclotrone e
trasporto della radiazione – Ignizione termonucleare e modo forzato: temperatura di
ignizione e criterio di Lawson – Fusione termonucleare controllata: confinamento
magnetico e confinamento inerziale – Il Tokamak.
Testi consigliati
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E. Segrè
- Nuclei e particelle, Zanichelli
K. S. Krane
- Introductory nuclear physics, New York, John Wiley & Sons
S. Glasstone - Nuclear reactor engineering, New York, Van Nostrand Comp.
S. Glasstone, M. C. Edlund - The elements of nuclear reactor theory
D. Van Nostrand Co. InC., New York
Liverhant
- Elementary introduction to nuclear reactor physics, New York,
John Wiley & Sons
J.D. Jackson - Elettrodinamica classica, Zanichelli
G. Pucella, S.E. Segrè – Fisica dei Plasmi, Zanichelli
J. M. Rax
- Physique des Plasmas, Dunod, Paris