65774 - INGEGNERIA DEI SISTEMI SUPERCONDUTTIVI M

Conoscenze e abilità da conseguire

Il Corso si propone di illustrare compiutamente i concetti relativi all'analisi ed alla sintesi dei sistemi magnetici e alle applicazioni industriali della superconduttività. Si introducono, anche attraverso esercitazioni di laboratorio, le conoscenze relative alle proprietà fondamentali dei materiali superconduttori ad alta e bassa temperatura critica. Si illustrano le principali applicazioni della superconduttività, con particolare riferimento all'ingegneria dei magneti ad alto campo per applicazioni alla fusione termonucleare controllata, agli acceleratori di particelle e ai sistemi di trasporto a levitazione magnetica. Si affronta inoltre lo studio di dispostivi superconduttori per la gestione e il risparmio di energia nelle reti elettriche di potenza quali sistemi di accumulo (SMES, Fly-wheel), cavi, limitatori di corrente, macchine elettriche.

Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

Costituiscono prerequisiti del corso le conoscenze di base di matematica conseguite nei corsi di analisi della laurea Triennale. Sono inoltre richieste conoscenze di base di elettromagnetismo conseguite nell'insegnamento di Fisica Generale T-2 della Laurea Triennale. 

Ingegneria dei Magneti

Materiali superconduttori del I e II tipo. Cenni alla storia e alle teorie sulla superconduttività. Superficie critica. Materiali ad alta e bassa temperatura critica. Materiali superconduttori di ultima generazione. Perdite in corrente alternata.

Sistemi per la generazione di campi magnetici: magneti permanenti, elettromagneti resistivi, elettromagneti superconduttori.

Configurazioni geometriche: Elettromagneti solenoidali, toroidali, a sella, racetrack, di tipo Bitter. Disposizioni di magneti permanenti. Halbach arrays.

Tipologie di avvolgimento: elicoidale, pancake, doppio pancake

Conduttori per elettromagneti: Fili e nastri superconduttori a bassa ed alta temperatura critica (Coated conductors, Wire in Channel, …). Cavi piatti di tipo Rutherford, Cable in Conduit Conductors (CICC), conduttori di tipo Roeble. Distribuzione di corrente e magnetizzazione nei cavi superconduttivi.

Stabilità termica: Meccanismi di innesco della transizione da stato superconduttivo a normale (quench). Minimum Quench Energy (MQE). Quench detection e sistemi di protezione.

Cenni a criogenia e tecniche di raffreddamento. Raffreddamento a bagno e per conduzione (cryogen free) di magneti superconduttori.

Risonanza magnetica: principio di funzionamento. Uniformità e intensità del campo e rapporto segnale rumore. Schermatura.

Magneti superconduttori per la Fusione Termonucleare Controllata: Magneti per il campo toroidale. Solenoide centrale. Magneti correttori. Progetto ITER. Sistema magnetico per un tokamak. Sistemi tipo Stellarator.

Magneti per acceleratori di particelle: Progetto LHC del CERN. Armoniche di campo e problematiche di “field quality”. Distorsione del campo dovuta alle correnti persistenti. Dipoli, quadrupoli e magneti correttori. Magneti per rilevatori di particelle.

Cenni ai magneti per campi intensi (superiori ai 30 T).

Testi/Bibliografia

Il testo fondamentale di riferimento è: M. Wilson, 'Superconducting magnets', Oxford University Press, 2002.

Metodi didattici

Il corso si propone di esporre il materiale didattico mediante lezioni frontali e seminari. Sono inoltre previste esercitazioni al calcolatore e di laboratorio relative alla determinazione della corrente critica di nastri superconduttori.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento si svolge mediante prova orale. Durante tale prova lo studente sarà invitato discutere di alcuni degli argomenti svolti durante il corso. La discussione sarà tesa a verificare il raggiungimento di una visione organica dei temi proposti ed il conseguimento di una buona padronanza del linguaggio tecnico.

Strumenti a supporto della didattica

Le dispense e le presentazioni del docente sono rese disponibili sul sito di AMS Campus.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Breschi

Consulta il sito web di Antonio Morandi