p - Dipartimento di Elettronica Applicata
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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
