UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI CATANIA Dipartimento di Fisica e Astronomia Corso di Laurea Magistrale in Fisica Curricula Nucleare e Subnucleare ed Applicativo Programma di FISICA DEI REATTORI NUCLEARI A.A. 2014-2015 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 energetico 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 1) E. Segrè 2) K. S. Krane 3) 4) 5) 6) 7) 8) - Nuclei e particelle, Zanichelli - 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 Lo studente è comunque libero di scegliere qualsiasi altro testo a livello universitario.