PROPOSTE DI ARGOMENTI PER TESI DI LAUREA - diegm

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMArgomenti principali di tesi• Fonti energetiche e vettori energetici.• Applicazioni innovative dell’enegia elettrica.• Magneti per la fisica delle alte energieProposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 20075

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMFonti energetiche e vettori energetici• Il problema dell’approvvigionamento energetico è sempre più grave:– La maggior parte delle fonti energetiche attuali è d’origine fossile equindi non è rinnovabile.– La produzione di energia basata sui combustibili fossili produceanidride carbonica, corresponsabile dell’effetto serra.– L’uso di petrolio, gas e carbone per la produzione di energia sottraematerie prime all’industria chimica, per la produzione di materieplastiche ed altri composti di impiego comune.Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 20076

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGM☞☞È indispensabile sviluppare la ricerca sulle fonti energetiche alternative aicombustibili fossili. Tra queste:– fusione nucleare,– solare fotovoltaica.È inoltre indispensabile sviluppare nuovi vettori energetici e forme diimmagazzinamento dell’energia, per ridurre il più possibile l’impiego deicombustibili fossili.Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 20077

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMPlasmi e fusione termonucleare controllata☞ La fusione nucleare è il processo di produzione dell’energia che ha luogonelle stelle.☞ 10 grammi di deuterio, che possono essere estratti da 500 litri d’acqua, e15 grammi di trizio, ottenuti da 30 grammi di litio, potrebbero produrreabbastanza energia per il fabbisogno energetico di una persona in unasocietà industrializzata, per tutta la sua vita.☞ L’energia nucleare da fusione produce residui non radioattivi (gas elio), epresenta rischi di contaminazione radioattiva assolutamente trascurabili,confrontati con la fissione nucleare.☞ Il combustibile per la fusione nucleare è disponibile ovunque ed in quantitàsufficiente per migliaia di anni, ai consumi attuali.Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 20078

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGM☞ Il reattore a fusione nucleare è intrinsecamente stabile, non presenta cioèrischi di fusione/esplosione. In caso di guasto la reazione si arresta.La fusione, in forma controllata, èstudiata principalmente mediantemacchine denominate Tokamak.In un Tokamak il plasma è contenuto inuna speciale camera di forma toroidale enon entra in contatto con le pareti delcontenitore (la sua elevata temperaturale distruggerebbe).Ciò viene ottenutoper mezzo di un intenso campo magnetico.(Torna alle fonti energetiche)Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 20079

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMLa macchina JET è in funzione da diversianni presso il centro ricerche di Abingdon(U.K.) Nel 1997, durante un impulso,la macchina JET ha prodotto lapotenza record di 16 MW da fusione.La macchina JETPlasma minor radius:HorizontalVerticalPlasma major radiusFlat-top pulse lengthWeight of the iron coreToroidal magnetic fieldat plasma centrePlasma current:Circular plasmaD-Shape plasma1.25 m2.10 m2.96 m20 s2800 t3.45 T3.2 MA4.8 MA(Torna alle fonti energetiche)Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200710

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMLa macchina ITERLa macchina ITER è un tokamakattualmente in fase di progettazione daparte di gruppi internazionali, di cuifanno parte anche numerosi ricercatoriitaliani.ITER viene progettato per poterraggiungere le condizioni di fusione delplasma.Oltre alla ricerca sulla fisica dei plasmi,ITER serve anche a dimostrarel’affidabilità e sicurezza ambientale dellafusione termonucleare controllata.Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200711

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMI magneti superconduttivi sono una delleparti più costose della macchina ITER.Il sistema magnetico di ITERAvvolgimento toroidale (20 bobine):peso unitario:circa 650 t(di cui 60 t di superconduttore)Dimensioni:Altezza:19 mLarghezza:13 mBobine di campo poloidale (9 bobine)peso unitario:108 : 1216 tDimensioni sezione:Base0,6 : 1,3 mAltezza:0,5 : 2,4 mDiametro baricentrico:7,8 : 31 mSolenoide Centralepeso unitario:circa 1300 t(di cui 250 T di superconduttore)Dimensioni sezione:Base0,8 mAltezza:12 mDiametro baricentrico:4,5 mProposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200713

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMPrototipi di magneti di ITER in fabbricazione orecentemente realizzatiModulo della bobina prototipo CSMC, installata pressolaboratori JAERI a Naka (Giappone)Bobina prototipo TFMC, installata presso laboratoriFzK (Germania)Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200714

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMLe tesi assegnate in questo settore riguardano:• Sviluppo di modelli analitici e/o numerici dei magneti o di lorocomponenti. Confronto con risultati numerici o sperimentali.• Calcolo di configurazioni di campo agente nelle varie parti dell’impianto.• Calcolo di condizioni di carico elettrodinamico e degli sforzi nelle bobine.• Simulazioni del comportamento circuitale degli avvolgimenti.• Sviluppo di modelli analitici e/o numerici dei cavi superconduttivi con cuisono realizzati i magneti.• Sviluppo di algoritmi di identificazione della distribuzione delle correntinei cavi superconduttivi a partire dalle misure di campo magnetico.• Valutazione delle modalità di prove elettriche, dimensionali e meccanichesui magneti e componenti ad essi collegati.(Torna alle fonti energetiche)Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200715

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMEnergia solare fotovoltaicaL’energia solare fotovoltaica si sta rivelando una promettente fonte energeticarinnovabile. Molta attività di ricerca viene attualmente svolta per aumentare ilrendimento dei moduli fotovoltaici e per estenderne l’applicazione.Le tesi compilative assegnate in questo settore riguardano:• Principi di funzionamento e modelli di descrizione dell’effetto fotovoltaico:– Celle ad alto rendimento– Tecnologie a film sottili• Realizzazioni sperimentali, impianti pilota.• Aspetti relativi all’interfaccia con la rete elettrica nazionale.(Torna alle fonti energetiche)Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200716

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMNuovi vettori energeticiLe tesi compilative assegnate in questo settore riguardano:• Produzione di energia elettrica mediante celle a combustibile.• Sistemi di accumulazione di energia magnetica SMES.(Torna agli argomenti principali di tesi)Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200717

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMApplicazioni innovative dell’enegiaelettricaLe tesi compilative assegnate in questo settore riguardano:• Principi di funzionamento e modelli di descrizione dei LED.• Sistemi di illuminazione innovativa e ad alto rendimento.• Magneti per la generazione di campi ultra intensi (fino a 100 T).(Torna agli argomenti principali di tesi)Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200718

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMMagneti per la fisica delle alte energie• Gli acceleratori di particelle consentono di provocare la collisione di fascidi particelle a velocità prossime a quella della luce. Il raggiungimento ditali elevatissime energie è indispensabile per studiare le dinamiche delleinterazioni tra particelle ad altissime energie, quali quelle presentinell’universo subito dopo il big bang.• Lo studio della fisica delle alte energie non ha solo ricadute di tipo teorico(conoscenza dei fenomeni di base che regolano il comportamento dellamateria), ma anche tecnologico (sviluppo di componenti speciali, qualirivelatori, magneti, alimentatori. . .Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200719

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMLa struttura tipica di un acceleratore diparticelle è ad anello, e consiste in un:• generatore di particelle• anello di accumulazione• uno o più punti di collisione, attornoai quali sono collocati i rivelatori diparticelleIl percorso circolare delle particelle lungol’anello viene ottenuto grazie a magneticollocati lungo il percorso, che deviano leparticelle grazie alla forza di Lorentz.Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200720

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMLa macchina LHCLa macchina LHC (Large Hadron Collider) è il più grande acceleratore diparticelle (protoni ed ioni pesanti) mai costruito. LHC sta per entrare inservizio presso il CERN di Ginevra.Diametro dell’anello:8486 mEnergia nominale del fascio (protoni): 7 TeVCampo magnetico @ 7 TeV:8.33 TTemperatura operativa dei magneti: 1,9 KN. totale di magneti: ≈ 9300Potenza assorbita:120 MWProposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200721

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMNell’LHC esiste una notevole varietà di magneti, di cui i più importanti sono idipoli, lunghi ciascuno circa 14 m, con il compito di curvare i fasci di particellemediante l’applicazione di un campo verticale.I quadrupoli hanno invece la funzione di concentrare e focalizzare il fascio delleparticelle.Altri magneti sono installati presso i rivelatori dei vari esperimenti situatilungo gli anelli, in punti prestabiliti dove avvengono le collisioni tra i fasci diparticelle.Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200722

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMI magneti dell’esperimento ATLASI magneti vengono utilizzati per la creazione di un campo magnetico che deviale particelle cariche prodotte durante le collisioni. I magneti formano questisistemi:• Un avvolgimento toroidale(Toroid Magnet system), formatoda 8 bobine lunghe 25,3 m elarghe 10,7 m, con un valore dipicco del campo pari a 3.9 T.Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200723

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGM• Due avvolgimenti toroidalid’estremità (End-Cap coilssystems), ciascuno formato da 8bobine lunghe 5 m e larghe 9 m,con un campo di picco pari a 4.1T.• Un solenoide cilindrico centrale(central solenoid), lungo 5.3 m,con un campo di picco di 2.6 T.Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200724

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMLe bobine del solenoide toroidalevengono calate in galleriaProposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200725

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMIl rivelatore ATLAS durante la fase di montaggioProposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200726

Fabrizio BellinaUniversità di Udine - DIEGMLe tesi assegnate in questo settore sono svolte in collaborazione con illaboratorio LASA (Segrate) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, sez. diMilano e riguardano:• Studio sperimentale della stabilità in fili superconduttori di Nb3Sn e inNbTi per macchine acceleratici di futura generazione.• Studio dei fenomeni dissipativi in superconduttori ad alta densità dicorrente, e applicazione ai magneti pulsati della macchina FAIR.• Studio dell’evoluzione della transizione resistiva in superconduttori conmatrice di alluminio.(Torna agli argomenti principali di tesi)Proposte di argomenti per tesi di laurea 21 Febbraio 200727