L’elettromagnetismo
nella ricerca per l’energia
da fusione nucleare di plasma d’idrogeno
R Cesario
R Cesario
I primi tesisti di
Roma Tre a Frascati
(2005-2006)
Sommario del corso integrativo di “Progetto di antenne”
Discussioni generali
•
•
Fonti energetiche primarie e
sviluppo sostenible. L’origine di
ogni forma di energia risiede nel
fatto che l’Universo nascente era
molto ordinato
È possibile trovare una fonte
primaria sostanzialmente nuova?
•
•
•
•
•
•
Trasformazioni non spontanee
come fonti primarie di energia?
La fusione nucleare di plasmi di
idrogeno
•
Il tokamak. Principali problemi:
•
•
•
Le quattro forze fondamentali della
natura e Trasformazioni spontanee e
non spontanee
Nozioni di elettromagnetismo applicato
•
•
La più grande impresa scientifica
e tecnologica mai intrapresa
L’isolamento termico della colonna di
plasma
Funzionamento inregime continuo del
futuro reattore a fusione
Il plasma. Concetto di tempertura.
Effetto di schermatura dei potenziali.
Comportamento collettivo del plasma
Moto di singole particelle in campi
elettromagnetici. Modello di plasma
come fluido.
Onde nei plasmi. Onde quasielettrostatiche. Relazione di
dispersione di onde di lower hybrid
(LH)
Propagazione ed assorbimento di
onde LH. Il Landau damping
Lanciatori a griglia di guide d’onda
rettangolari in macchine tokamak
R Cesario
MACCHINE TERMICHE
CALORE
LAVORO.
Energia
prodotta da
processi
spontanei delle
forze della
natura sul
pianeta
Combustione
dei fossili,
fissione
nucleare,
gravitazione
MACCHINE ELETTRICHE
ENERGIA ELETTRICA
LAVORO
MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI,
DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc
TELECOMUNICAZIONI
ENERGIA
RICERCA MEDICA
RICERCHE “FONDAMENTALI”
R Cesario
R Cesario
MACCHINE TERMICHE
CALORE
LAVORO
MACCHINE ELETTRICHE
ENERGIA ELETTRICA
LAVORO
MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI,
DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc
TELECOMUNICAZIONI
Combustione
dei fossili,
fissione
nucleare,
gravitazione
Please find a new source of energy !
ENERGIA
RICERCA MEDICA
RICERCHE “FONDAMENTALI”
Abbiamo raggiunto il limite delle capacità di produzione
energetica da parte della forza elettromagnetica
R Cesario
Per produrre:
si richiede:
1.400.000 kWh
1 m3 d’acqua (34 g di D)
Sarà mai posibile?
Bisogna cercare una nuova fonte energetica primaria
L’uomo non ha ancora mai utilizzato la vera energia
nucleare (come fanno le stelle)
Dobbiamo superare una barriera conoscitiva,
oltre che energetica, per utilizzare l’energia da
fusione nucleare
MACCHINE TERMICHE
CALORE
LAVORO
Energia
prodotta da
processi
spontanei delle
forze della
natura sul
pianeta
Fonti
rinnovabili
MACCHINE ELETTRICHE
ENERGIA ELETTRICA
LAVORO
MACCHINE INDUSTRIALI GENERATORI,
DISPOSITIVI ELETTRONICI, LASER, ecc
TELECOMUNICAZIONI
ENERGIA
RICERCA MEDICA
RICERCHE “FONDAMENTALI”
Energia di fusione termonucleare
Come si originò la materia
visibile ?
La storia dell’universo
Le forze fondamentali della natura
Forza gravitazionale
m
Forza elettromagnetica
• È 1038 volte più intensa della forza
gravitazionale
+q
+Q
-q
+Q
Interazione nucleare forte
• È un’interazione di corto raggio (10-13 cm)
100 volte più intensa della forza e.m.
M
p+
n
n
NUCLEO DI TRIZIO
NUCLEO DI C
!e
Interazione nucleare debole
• Sarebbero necessarie diverse masse terrestri
per essere utilizzabile
R Cesario
n
Decadimento
del neutrone
e!
p+
Come fa il sole a produrre energia?
+q
p
+Q
+
2
-q
He
L’elio2
è instabile
+Q
p+
Forza gravitazionale
m
Interazione nucleare forte
p+
M
n
n
NUCLEO DI TRIZIO
Cesario
R RCesario
NUCLEO DI C
Come fa il sole a produrre energia?
+q
+Q
-q
+Q
Forza gravitazionale
p+
Interazione nucleare forte
m
2
H
Interazione nucleare debole
HeM
4
He
n
n
+
p
p
! e DI TRIZIO
e+
NUCLEO
+
3
NUCLEO DI C
2
He
p+
Forza gravitazionale
p
+
2
H
Interazione nucleare forte
p+ !
e
Interazione nucleare debole
e+
Re
az
ion
em
olt
o
len
ta
Come fa il sole a produrre energia?
3
He
4
He
Come fa il sole a produrre energia ?
Tutte le forze della natura sono necessarie per
produrre ed irradiare l’energia del sole
Forza elettromagnetica
+q
+Q
-q
+Q
Forza gravitazionale
p+
Interazione nucleare forte
m
2
H
Interazione nucleare debole
HeM
4
He
n
n
+
p
p
! e DI TRIZIO
e+
NUCLEO
+
3
NUCLEO DI C
Come è fatta la materia visibile ?
Il plasma è lo stato di aggregazione della materia
prodotto più antico
È anche lo stato aggregazione che permane su escursioni
di densità enormi
Rapporto tra le densità di materia
aria/ acqua
solido / acqua
nana bianca / acqua
stella di neutroni / acqua
plasmi
R Cesario
R Cesario
10-3
10
105
1015
1018
Come è fatta la materia visibile ?
Il plasma: stato di aggregazione originario della materia
UN-1<E < UN
plasma
gas
4o
liquidi
3o
2o
solidi
Stati della materia
La differenza tra
un solido, un
liquido e un gas
sta nella
differente
energia interna
delle sue
molecole
1o
10-5
U0
10
U1 U2
102
U3
104
U4
106
108
1010
U5
1012 1014
T (gradi centigradi)
R Cesario
R Cesario
Fonti energetiche primarie
e sviluppo sostenible:
- Le quattro forze fondamentali della natura
L’origine prima di tutte le fonti
energetiche: la bassa entropia al
nascere dell’Universo
L’interazione nucleare forte è ben lungi
dall’essere stata utilizzata a pieno
