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M-5297 -
FISICA MODERNA
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
Fornire agli studenti di Ingegneria Energetica le basi conoscitive per comprendere e partecipare alle attività per l’'utilizzazione a fini energetici della energia nucleare nelle applicazioni pacifiche mediante i processi di fissione e di fusione.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Lo studente deve essere in grado di comprendere in modo approfondito testi scientifici e tecnici rilevanti per il proprio settore e utilizzarne i contenuti per sviluppare idee originali; progettare, formalizzare e implementare (attraverso opportuni linguaggi di programmazione) metodi dedicati ed efficienti per la soluzione di problemi complessi relativi a sistemi energetici basati sull'uso dell'energia nucleare; progettare e condurre esperimenti per la valutazione delle soluzioni progettuali di sistemi e/o metodi ad essi applicati; valutare lo stato delle proprie conoscenze e acquisire in modo continuo le conoscenze necessarie ad aggiornarlo.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Lo studente deve acquisire conoscenze specialistiche ed avanzate, in grado di consentirgli di lavorare su progetti di ricerca applicata, nel settore dell'energia nucleare da fusione e da fissione. In particolare, le conoscenze che sono acquisite nel percorso formativo riguardano le basi della fisica nucleare e i principi che sono alla base dell'utilizzo dell'energia nucleare per la produzione di energia elettrica.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Lo studente deve essere in grado di integrare le informazioni a disposizione con ipotesi ragionevoli sui limiti di validita' dei fenomeni fisici caratterizzanti il funzionamento dei reattori a fissione e fusione e sul dominio di variazione dei parametri rilevanti al funzionamento di tali sistemi.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Lo studente deve essere in grado di affrontare problemi inseriti in contesti piu' ampi (rispetto a quelli considerati a lezione) e interdisciplinari facendo gli opportuni collegamenti con quanto appreso nel corso.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Lo studente deve essere in grado di elaborare idee originali inserite all'interno di attivita' di ricerca nell'ambito dell'energia da fissione e fusione.
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ROMANELLI FRANCESCO
( programma)
Introduzione. Dimensioni dell’atomo e del nucleo, spettrometro di massa, isotopi, neutrone. Sezione d'urto. Richiami di meccanica statistica.
Le evidenze sperimentali della meccanica quantistica. Corpo nero, spettri di assorbimento ed emissione, l’atomo di Bohr, l’effetto fotoelettrico, i fotoni, effetto Compton, diffrazione degli elettroni, relazione massa energia, cenni di meccanica relativistica, dualità onda-particella, proprietà ondulatorie della materia, relazione di De Broglie.
Le basi teoriche della meccanica quantistica. L’equazione di Schrödinger dipendente da tempo. Significato fisico della funzione d’onda. Equazione di Schrödinger indipendente dal tempo. Stati stazionari. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Soluzione dell’equazione di Schrödinger indipendente dal tempo in alcuni casi rilevanti: particella libera, buca di potenziale, barriera di potenziale (effetto tunnel).
I fenomeni nucleari e la loro interpretazione. Difetto di massa, energia di legame, modelli nucleari, energia di reazione, urti elastici, energia di legame per nucleone, fissione e fusione.
Radioattività naturale e trasmutazioni, decadimenti radioattivi e vita media, famiglie radioattive, equilibrio secolare, esempi di reazioni nucleari da alfa, beta, gamma, neutroni, attivazione indotta da neutroni, attività, dose ed altre unità radiometriche. Calore da decadimento nucleare, danni da radiazione.
Interazioni tra neutroni e materia, rallentamento dei neutroni, sezioni d’urto neutroniche, cammino libero medio, flusso, fluenza, ed altre grandezze. Equazioni di trasporto (Boltzmann).
Fissione nucleare. Reazioni di fissione, catene di reazioni, tempi, criticità, neutroni pronti e ritardati, reattori a fissione, materiali fissili e fertili, principi di funzionamento, arricchimento, uranio impoverito, moderatore e refrigerante, avvelenamento, schermo biologico, riflettore, modelli di reattori, BWR, PWR, CANDU, reattori in funzione e in costruzione, scorie, sicurezze.
Fusione nucleare. Reazioni di fusione, reattori a fusione, ciclo deuterio-trizio, confinamento magnetico, principi ed esempi, JET, ITER, cenno alla Road Map. Cenno al confinamento inerziale.
Classificazione dei plasmi, lunghezza di Debye, collisioni tra particelle cariche, fenomeni di rallentamento collisionale, resitivita' dei plasmi termonucleari.
Schema del reattore a fusione, bilancio di potenza, criterio di Lawson, temperatura ideale di ignizione, determinazione del punto di lavoro del reattore a fusione.
Moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici debolmente disomogenei, moti di deriva, confinamento in equilibri toroidali, trasformata rotazionale, configurazioni magnetiche assialsimmetriche e non assialsimmetriche (tokamak e stellarator).
Richiami di elettromagnetismo, campi magnetici statici, equilibrio di una configurazione toroidale assialsimmetrica, campo verticale, equazione di Grad-Shafranov. Induzione della corrente di plasma, trasformatore, bilancio del flusso magnetico, dimensionamento di un reattore tokamak.
Smaltimento del calore e delle ceneri. Modelli per la dinamica del plasma nello scrape-off layer. L'interazione plasma-parete. Il divertore.
Blanket per produzione di trizio e per schermatura dei neutroni, metodi numerici per la soluzione dell’equazione del trasporto, metodo Monte Carlo, calcolo di attivazione, trasmutazione, calore di decadimento e danno da radiazione nei componenti dei reattori a fusione.
 Materiale distribuito a lezione. Appunti tratti dalle lezioni.
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3
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FIS/01
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30
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Attività formative affini ed integrative
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ITA |
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M-5298 -
FISICA DEI REATTORI NUCLEARI
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
Fornire agli studenti di Ingegneria Energetica le basi conoscitive per comprendere e partecipare alle attività per l’'utilizzazione a fini energetici della energia nucleare nelle applicazioni pacifiche mediante i processi di fissione e di fusione.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Lo studente deve essere in grado di comprendere in modo approfondito testi scientifici e tecnici rilevanti per il proprio settore e utilizzarne i contenuti per sviluppare idee originali; progettare, formalizzare e implementare (attraverso opportuni linguaggi di programmazione) metodi dedicati ed efficienti per la soluzione di problemi complessi relativi a sistemi energetici basati sull'uso dell'energia nucleare; progettare e condurre esperimenti per la valutazione delle soluzioni progettuali di sistemi e/o metodi ad essi applicati; valutare lo stato delle proprie conoscenze e acquisire in modo continuo le conoscenze necessarie ad aggiornarlo.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Lo studente deve acquisire conoscenze specialistiche ed avanzate, in grado di consentirgli di lavorare su progetti di ricerca applicata, nel settore dell'energia nucleare da fusione e da fissione. In particolare, le conoscenze che sono acquisite nel percorso formativo riguardano le basi della fisica nucleare e i principi che sono alla base dell'utilizzo dell'energia nucleare per la produzione di energia elettrica.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Lo studente deve essere in grado di integrare le informazioni a disposizione con ipotesi ragionevoli sui limiti di validita' dei fenomeni fisici caratterizzanti il funzionamento dei reattori a fissione e fusione e sul dominio di variazione dei parametri rilevanti al funzionamento di tali sistemi.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Lo studente deve essere in grado di affrontare problemi inseriti in contesti piu' ampi (rispetto a quelli considerati a lezione) e interdisciplinari facendo gli opportuni collegamenti con quanto appreso nel corso.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Lo studente deve essere in grado di elaborare idee originali inserite all'interno di attivita' di ricerca nell'ambito dell'energia da fissione e fusione.
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ROMANELLI FRANCESCO
( programma)
Introduzione. Dimensioni dell’atomo e del nucleo, spettrometro di massa, isotopi, neutrone. Sezione d'urto. Richiami di meccanica statistica.
Le evidenze sperimentali della meccanica quantistica. Corpo nero, spettri di assorbimento ed emissione, l’atomo di Bohr, l’effetto fotoelettrico, i fotoni, effetto Compton, diffrazione degli elettroni, relazione massa energia, cenni di meccanica relativistica, dualità onda-particella, proprietà ondulatorie della materia, relazione di De Broglie.
Le basi teoriche della meccanica quantistica. L’equazione di Schrödinger dipendente da tempo. Significato fisico della funzione d’onda. Equazione di Schrödinger indipendente dal tempo. Stati stazionari. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Soluzione dell’equazione di Schrödinger indipendente dal tempo in alcuni casi rilevanti: particella libera, buca di potenziale, barriera di potenziale (effetto tunnel).
I fenomeni nucleari e la loro interpretazione. Difetto di massa, energia di legame, modelli nucleari, energia di reazione, urti elastici, energia di legame per nucleone, fissione e fusione.
Radioattività naturale e trasmutazioni, decadimenti radioattivi e vita media, famiglie radioattive, equilibrio secolare, esempi di reazioni nucleari da alfa, beta, gamma, neutroni, attivazione indotta da neutroni, attività, dose ed altre unità radiometriche. Calore da decadimento nucleare, danni da radiazione.
Interazioni tra neutroni e materia, rallentamento dei neutroni, sezioni d’urto neutroniche, cammino libero medio, flusso, fluenza, ed altre grandezze. Equazioni di trasporto (Boltzmann).
Fissione nucleare. Reazioni di fissione, catene di reazioni, tempi, criticità, neutroni pronti e ritardati, reattori a fissione, materiali fissili e fertili, principi di funzionamento, arricchimento, uranio impoverito, moderatore e refrigerante, avvelenamento, schermo biologico, riflettore, modelli di reattori, BWR, PWR, CANDU, reattori in funzione e in costruzione, scorie, sicurezze.
Fusione nucleare. Reazioni di fusione, reattori a fusione, ciclo deuterio-trizio, confinamento magnetico, principi ed esempi, JET, ITER, cenno alla Road Map. Cenno al confinamento inerziale.
Classificazione dei plasmi, lunghezza di Debye, collisioni tra particelle cariche, fenomeni di rallentamento collisionale, resitivita' dei plasmi termonucleari.
Schema del reattore a fusione, bilancio di potenza, criterio di Lawson, temperatura ideale di ignizione, determinazione del punto di lavoro del reattore a fusione.
Moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici debolmente disomogenei, moti di deriva, confinamento in equilibri toroidali, trasformata rotazionale, configurazioni magnetiche assialsimmetriche e non assialsimmetriche (tokamak e stellarator).
Richiami di elettromagnetismo, campi magnetici statici, equilibrio di una configurazione toroidale assialsimmetrica, campo verticale, equazione di Grad-Shafranov. Induzione della corrente di plasma, trasformatore, bilancio del flusso magnetico, dimensionamento di un reattore tokamak.
Smaltimento del calore e delle ceneri. Modelli per la dinamica del plasma nello scrape-off layer. L'interazione plasma-parete. Il divertore.
Blanket per produzione di trizio e per schermatura dei neutroni, metodi numerici per la soluzione dell’equazione del trasporto, metodo Monte Carlo, calcolo di attivazione, trasmutazione, calore di decadimento e danno da radiazione nei componenti dei reattori a fusione.
Materiale distribuito a lezione. Appunti tratti dalle lezioni.
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VERONA RINATI GIANLUCA
( programma)
Introduzione. Dimensioni dell’atomo e del nucleo, spettrometro di massa, isotopi, neutrone. Sezione d'urto. Richiami di meccanica statistica.
Le evidenze sperimentali della meccanica quantistica. Corpo nero, spettri di assorbimento ed emissione, l’atomo di Bohr, l’effetto fotoelettrico, i fotoni, effetto Compton, diffrazione degli elettroni, relazione massa energia, cenni di meccanica relativistica, dualità onda-particella, proprietà ondulatorie della materia, relazione di De Broglie.
Le basi teoriche della meccanica quantistica. L’equazione di Schrödinger dipendente da tempo. Significato fisico della funzione d’onda. Equazione di Schrödinger indipendente dal tempo. Stati stazionari. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Soluzione dell’equazione di Schrödinger indipendente dal tempo in alcuni casi rilevanti: particella libera, buca di potenziale, barriera di potenziale (effetto tunnel).
I fenomeni nucleari e la loro interpretazione. Difetto di massa, energia di legame, modelli nucleari, energia di reazione, urti elastici, energia di legame per nucleone, fissione e fusione.
Radioattività naturale e trasmutazioni, decadimenti radioattivi e vita media, famiglie radioattive, equilibrio secolare, esempi di reazioni nucleari da alfa, beta, gamma, neutroni, attivazione indotta da neutroni, attività, dose ed altre unità radiometriche. Calore da decadimento nucleare, danni da radiazione.
Interazioni tra neutroni e materia, rallentamento dei neutroni, sezioni d’urto neutroniche, cammino libero medio, flusso, fluenza, ed altre grandezze. Equazioni di trasporto (Boltzmann).
Fissione nucleare. Reazioni di fissione, catene di reazioni, tempi, criticità, neutroni pronti e ritardati, reattori a fissione, materiali fissili e fertili, principi di funzionamento, arricchimento, uranio impoverito, moderatore e refrigerante, avvelenamento, schermo biologico, riflettore, modelli di reattori, BWR, PWR, CANDU, reattori in funzione e in costruzione, scorie, sicurezze.
Fusione nucleare. Reazioni di fusione, reattori a fusione, ciclo deuterio-trizio, confinamento magnetico, principi ed esempi, JET, ITER, cenno alla Road Map. Cenno al confinamento inerziale.
Classificazione dei plasmi, lunghezza di Debye, collisioni tra particelle cariche, fenomeni di rallentamento collisionale, resitivita' dei plasmi termonucleari.
Schema del reattore a fusione, bilancio di potenza, criterio di Lawson, temperatura ideale di ignizione, determinazione del punto di lavoro del reattore a fusione.
Moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici debolmente disomogenei, moti di deriva, confinamento in equilibri toroidali, trasformata rotazionale, configurazioni magnetiche assialsimmetriche e non assialsimmetriche (tokamak e stellarator).
Richiami di elettromagnetismo, campi magnetici statici, equilibrio di una configurazione toroidale assialsimmetrica, campo verticale, equazione di Grad-Shafranov. Induzione della corrente di plasma, trasformatore, bilancio del flusso magnetico, dimensionamento di un reattore tokamak.
Smaltimento del calore e delle ceneri. Modelli per la dinamica del plasma nello scrape-off layer. L'interazione plasma-parete. Il divertore.
Blanket per produzione di trizio e per schermatura dei neutroni, metodi numerici per la soluzione dell’equazione del trasporto, metodo Monte Carlo, calcolo di attivazione, trasmutazione, calore di decadimento e danno da radiazione nei componenti dei reattori a fusione.
Materiale distribuito a lezione. Appunti tratti dalle lezioni.
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6
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FIS/07
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Attività formative affini ed integrative
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ITA |
