99553 - PLASMA PHYSICS FOR ENGINEERS M

Scheda insegnamento

  • Docente Marco Sumini

  • Crediti formativi 6

  • SSD ING-IND/18

  • Modalità didattica In presenza e a distanza - Blended Learning

  • Lingua di insegnamento Inglese

  • Campus di Bologna

  • Corso Laurea Magistrale in Ingegneria energetica (cod. 0935)

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Istruzione di qualità Energia pulita e accessibile Imprese innovazione e infrastrutture

Anno Accademico 2022/2023

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso è focalizzato sia su aspetti teorici che applicativi. E' dedicato agli strumenti per la modellazione di alcuni aspetti caratteristici del plasma nei dispositivi per la fusione nucleare. Per lo studio del comportamento del plasma, si analizzano il comportamento di particelle cariche interagenti in un campo elettromagnetico, la modellazione del plasma, le equazioni macroscopiche, il modello MHD e lo studio delle instabilità fondamentali, la propagazione di onde e perturbazioni, gli aspetti progettuali di base aspetti dei dispositivi per il confinamento del plasma. Al termine del corso lo studente avrà le conoscenze di base per valutare le problematiche connesse ai plasmi termonucleari (instabilità, coefficienti di trasporto, fenomeni ondulatori) ed infine avrà appreso l’utilizzo di tools numerici in grado di mostrare le grandezze fondamentali associate al confinamento del plasma.

Contenuti

Section I: Introductory Remarks

1) Nuclear data and cross-sections libraries

Section II: Plasma Physics

  1. Introduction to Controlled Nuclear Fusion Devices
  2. Plasma Parameters
  3. Kinetic Theory of Plasmas
  4. Vlasov Equation
  5. Landau Damping
  6. Drift Phenomena
  7. Magnetic Mirrors
  8. Collision terms
  9. Transport coefficients meaning and modeling
  10. Moments of the Boltzmann Equation
  11. Macroscopic Equations
  12. One & Two Fluid Model
  13. Magnetic Confinement
  14. Wave Propagation
  15. Particle In Cell (PIC) simulation codes
  16. Plasma confinement codes

Practical sessions devoted to programming in FORTRAN, C and Python in a Linux environment.

Testi/Bibliografia

  1. C. K. Birdsall, A. B. Langdon, Plasma Physics via Computer Simulation, Adam Hilger, 1991
  2. T. M Boyd, J. J. Sanderson, The Physics of Plasmas, Cambridge University Press, 2003
  3. N. A. Krall,A. W. Trivelpiece, Principles of Plasma Physics, Mc Graw Hill, 1973
  4. F. F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Springer, 1984
  5. William Emrich, Jr., Principles of Nuclear Rocket Propulsion, Elsevier, 2016
  6. R. G. McClarren, Computational Nuclear Engineering and Radiological Science using Python, Academic Press, 2018

Metodi didattici

  • Frontal Instruction
  • Experiential learning trough numerical exercises through the implementation and use of open source modeling codes.

 

L'insegnamento partecipa al progetto di innovazione didattica dell'Ateneo

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Prepare a project on plasma device simulations using reference codes

Strumenti a supporto della didattica

Open source computer codes. Particle In Cell plasma simulation codes and equilibrium plasma configuration modelling in Tokamaks (Grad-Shafranov equation solvers).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Sumini