Fusione nucleare: dal plasma alla misura sperimentale (20 ore)
L’obiettivo del Progetto consiste nell’introdurre gli studenti ai concetti fondamentali della fusione nucleare controllata e al ruolo dei campi magnetici nel confinamento del plasma. Attraverso un percorso sperimentale e numerico, gli studenti avranno l’opportunità di esplorare da vicino le tecnologie utilizzate nella fisica dei plasmi e nei reattori a fusione, con particolare attenzione alla misura, modellazione e controllo dei campi magnetici.
In seguito alla partecipazione al Progetto, gli studenti:
- Conosceranno le basi del funzionamento dei dispositivi a fusione (es. tokamak);
- Comprenderanno il ruolo dei campi magnetici nel confinamento del plasma;
- Sapranno effettuare misure sperimentali di corrente e campo magnetico;
- Acquisiranno familiarità con software per la modellazione numerica di campi magnetici;
- Comprenderanno come controllare un campo magnetico variando corrente e geometria delle bobine.
Principali temi affrontati
Il Progetto includerà una fase iniziale nella quale verranno fornite agli studenti le conoscenze di base sul funzionamento dei dispositivi a fusione e sull’importanza dei campi magnetici nel confinamento del plasma.
Successivamente si passerà all’applicazione di tali conoscenze attraverso attività sperimentali di misura della corrente elettrica e del campo magnetico generato da bobine e solenoidi.
Gli studenti verranno infine introdotti all’uso di strumenti software per la modellazione numerica del campo magnetico, con simulazioni di semplici configurazioni elettromagnetiche ispirate ai dispositivi per la fusione controllata.
Modalità di realizzazione e strumenti
Questo Progetto di alternanza scuola-lavoro sarà sviluppato con le seguenti modalità:
- Una prima fase sarà di tipo teorico, votata all’introduzione dei concetti fondamentali della fusione nucleare controllata e del ruolo dei campi magnetici nel confinamento del plasma. Verranno fornite le nozioni base di elettromagnetismo applicato, con particolare attenzione ai principi di generazione e misura del campo magnetico e ai dispositivi per il confinamento del plasma (es. tokamak, solenoidi).
- A seguire, una seconda e preponderante fase del progetto sarà di ordine pratico e laboratoriale. Attraverso applicazioni sperimentali e attività di gruppo, gli studenti acquisiranno competenze specifiche sui seguenti strumenti:
- Strumentazione per la misura della corrente e del campo magnetico su solenoidi e magneti attraverso multimetri, sensori Hall, oscilloscopi, rogowski coil e mirnov coil;
- Alimentatori programmabili per il controllo di circuiti magnetici;
- Software di modellazione numerica per campi magnetici (FEM, Matlab, Python o strumenti equivalenti).
Docenti coinvolti e tempistiche
Gli studenti saranno affiancati da due tutor Universitari ed uno Scolastico. I tutor guideranno il gruppo sia nelle attività teoriche sia nelle esercitazioni pratiche e numeriche. Al termine del Progetto, gli studenti presenteranno i risultati conseguiti e i lavori realizzati davanti a una Commissione composta da docenti universitari, con eventuale discussione collegiale e confronto tra gruppi.
Complessivamente, il Progetto sarà articolato in 20 ore totali di attività da svolgere nel corso di due-tre settimane, attraverso incontri in presenza presso laboratori e aule informatiche dell’Università. L’attività è rivolta a un numero massimo di 20 studenti provenienti dalle scuole secondarie di secondo grado.
Contatti
Dott. Simone Carusotti simone.carusotti@unitus.it
Dott. Matteo Notazio matteo.notazio@unitus.it
Fusione nucleare: dal plasma alla misura sperimentale (8 ore)
L’obiettivo del Progetto consiste nell’introdurre gli studenti ai concetti fondamentali della fusione nucleare controllata e all’importanza dei campi magnetici nel confinamento del plasma. Attraverso attività laboratoriali semplici e guidate, gli studenti sperimenteranno in prima persona la relazione tra corrente elettrica e campo magnetico, esplorando alcuni aspetti pratici della fisica dei plasmi.
In seguito alla partecipazione al Progetto, gli studenti:
- Conosceranno le basi del funzionamento dei dispositivi a fusione (es. tokamak);
- Comprenderanno il ruolo dei campi magnetici nel confinamento del plasma;
- Sapranno effettuare misure sperimentali di corrente e campo magnetico;
- Comprenderanno, tramite semplici esperimenti, l’effetto della geometria delle bobine sulla distribuzione del campo magnetico.
Principali temi affrontati
Il Progetto prevede una fase iniziale dedicata alla presentazione teorica delle principali configurazioni per la fusione nucleare, con particolare riferimento alla geometria dei campi magnetici utilizzati per confinare il plasma.
Successivamente, gli studenti saranno coinvolti in attività sperimentali di misura del campo magnetico generato da conduttori e solenoidi, osservando come la corrente elettrica e la geometria influenzino il campo prodotto.
La parte numerica sarà limitata alla lettura, rappresentazione e discussione dei dati sperimentali raccolti.
Modalità di realizzazione e strumenti
Questo Progetto sarà sviluppato con le seguenti modalità:
– Una prima fase di tipo teorico introdurrà gli studenti ai concetti base della fusione e dell’elettromagnetismo, con schemi semplificati dei dispositivi a fusione. Verranno trattati il principio di sovrapposizione dei campi, la legge di Biot-Savart e la relazione tra corrente e campo magnetico.
– La seconda fase, di carattere pratico, prevede attività in laboratorio durante le quali gli studenti eseguiranno semplici misure con l’ausilio dei seguenti strumenti:
- Strumentazione per la misura della corrente e del campo magnetico su solenoidi e magneti attraverso multimetri, sensori Hall, oscilloscopi, rogowski coil e mirnov coil;
- Alimentatori programmabili per il controllo di circuiti magnetici;
Docenti coinvolti e tempistiche
Gli studenti saranno affiancati da due tutor Universitari ed uno Scolastico. I tutor guideranno il gruppo sia nelle attività teoriche sia nelle esercitazioni pratiche e numeriche. Al termine del Progetto, gli studenti presenteranno i risultati conseguiti e i lavori realizzati davanti a una Commissione composta da docenti universitari, con eventuale discussione collegiale e confronto tra gruppi.
Complessivamente, il Progetto sarà articolato in 8 ore totali di attività da svolgere nel corso di due-tre giornate, attraverso incontri in presenza presso laboratori e aule informatiche dell’Università. L’attività è rivolta a un numero massimo di 20 studenti provenienti dalle scuole secondarie di secondo grado.
Contatti
Dott. Simone Carusotti simone.carusotti@unitus.it
Dott. Matteo Notazio matteo.notazio@unitus.it
L’energia del Sole per alimentare il domani: introduzione alla fusione nucleare
Obiettivo generale
Il ciclo di seminari propone un’introduzione graduale alla fusione nucleare come possibile fonte energetica del futuro. Attraverso un percorso guidato, gli studenti acquisiranno una visione d’insieme sul contesto energetico globale, le basi fisiche della fusione, le principali tecnologie di confinamento magnetico e il ruolo dell’Italia nella ricerca scientifica in questo ambito. L’iniziativa è pensata per stimolare l’interesse verso le discipline STEM e fornire strumenti di lettura critica su temi scientifici e tecnologici di grande attualità.
Struttura del percorso
Quattro incontri da 2 ore ciascuno, per un totale di 8 ore. Il ciclo può essere svolto in presenza in giornate consecutive o distribuite.
Seminario 1 – Il sistema energetico globale e le sue sfide
Durata: 2 ore
Contenuti:
- Fonti di energia nel mondo: rinnovabili, fossili, nucleare
- Domanda energetica, sostenibilità e cambiamento climatico
- Il concetto di mix energetico
- Quali soluzioni per il futuro?
Seminario 2 – Cos’è la fusione nucleare
Durata: 2 ore
Contenuti:
- Differenza tra fissione e fusione
- Le reazioni di fusione: D-T, D-D
- Condizioni necessarie per ottenere la fusione (temperatura, densità, tempo)
- Il principio di funzionamento di un reattore a fusione
Seminario 3 – Il plasma e il confinamento magnetico
Durata: 2 ore
Contenuti:
- Stato di plasma e sue proprietà
- Campi magnetici e forze sul plasma
- Le macchine per il confinamento: tokamak, stellarator
- Esempi di impianti esistenti: ITER, JET, SPARC
Seminario 4 – Fusione in Italia e opportunità per i giovani
Durata: 2 ore
Contenuti:
- I progetti italiani: DTT, RFX, TRUST
- Applicazioni tecnologiche e multidisciplinarità della ricerca
- Formazione, università e carriere nel settore della fusione
- Domande, discussione, testimonianze