Fisica dei plasmi
L’attività di ricerca del gruppo di fisica dei plasmi riguarda principalmente lo studio di plasmi di interesse per la fusione termonucleare controllata a confinamento magnetico. Essa si svolge in stretta collaborazione con il Consorzio RFX, un centro di ricerca d’eccellenza nella fisica del plasma, che comprende un centinaio di ricercatori provenienti da diversi enti di ricerca come il CNR, l’ENEA, l'INFN e l’Università degli Studi di Padova. Le principali attività di ricerca del gruppo ruotano attorno agli esperimenti RFX-mod2 presso il Consorzio RFX e DTT presso i laboratori ENEA di Frascati. Grazie al Consorzio RFX le attività del gruppo sono inserite in un ampio contesto internazionale, con la partecipazione ad EUROfusion ed ITER. Oltre a RFX-mod2, il Consorzio RFX ospita anche la Neutral Beam Test facility (NBTF), un esperimento internazionale per lo studio degli iniettori di particelle neutre di ITER, unico al mondo per prestazioni e dimensione. Il gruppo di fisica dei plasmi è impegnato inoltre in progetti rivelanti per EU-DEMO, ovvero il primo prototipo europeo di un reattore a fusione termonucleare controllata, in stretta collaborazione con diversi centri di ricerca europei ed internazionali.
Il gruppo di ricerca di fisica dei plasmi è anche coinvolto nell’esperimento DTT (Divertor Tokamak Test facility), un ambizioso progetto internazionale in costruzione nei laboratori ENEA di Frascati. DTT diverrà uno dei principali tokamak al mondo. Il suo principale obiettivo è lo studio di soluzioni per gestire flussi di calore previsti nei futuri reattori. DTT è attualmente il principale esempio nel mondo di collaborazione tra ricerca pubblica e privata sulla fusione.
Il gruppo di fisica dei plasmi, in collaborazione con il Consorzio RFX, offre un ampio spettro di progetti di tesi triennale e magistrale, consultabile qui.
Staff
Professoresse e Professori di I fascia: Piero Martin
Professoresse e Professori di II fascia: Leonardo Giudicotti
Ricercatrici e Ricercatori: Maurizio Giacomin, Lidia Piron
Dottorande/i
Rachele Cicioni, Matteo Gambrioli, Miriam La Matina, Sara Molisani, Luca Orlandi
Collaboratrici e collaboratori esterni
Matteo Agostini, Tommaso Bolzonella, Gianluigi Serianni, Matteo Zuin
Attività di ricerca
Simulazioni di turbolenza di plasma
Calcolare in maniera accurata il transporto di calore e particelle in un plasma da fusione è di fondamentale importanza per progettare e operare in modo efficiente future macchine da fusione a confinamento magnetico. Il plasma da fusione è caratterizzato da notevoli gradienti spaziali di temperature e densità, passando da circa un centinaio di milioni di gradi al centro del plasma a temperatura ambiente vicino alla parete. Gli elevati gradienti danno origine ad una serie di instabilità di plasma, la cui dinamica è fortemente non-lineare. Ne consegue un regime di plasma fortemente turbolento che trasporta calore e particelle dal plasma verso la parete. La turbolenza di plasma in macchine da fusione a confinamento magnetico è tipicamente studiata utilizzando complessi codici tridimensionali che evolvono equazioni a due fluidi (elettroni e ioni) nella regione esterna del plasma o l’equazione girocinetica nella regione interna, accoppiate alle equazioni di Maxwell per l’evoluzione dei campi elettromagnetici generati dal plasma. I risultati di queste complesse simulazioni, che tipicamente girano su un supercomputer usando diverse migliaia di CPU in parallelo, sono continuamente validati da dati sperimentali e fanno da supporto allo sviluppo di leggi di scala basate su principi primi, che consentono una stima accurato dei profili di densità e temperatura a partire da parametri ingegneristici, costituendo quindi uno strumento essenziale nella progettazione di future macchine da fusione a confinamento magnetico.
Contatti: Maurizio Giacomin
Controllo di instabilità Magneto-Idro-Dinamiche e performance del plasma
Per garantire un ottimale funzionamento di un esperimento a confinamento magnetico, il controllo di instabilità del plasma, descritte nel contesto della teoria della Magneto-Idro-Dinamica, e delle prestazioni del plasma è di fondamentale importanza. In questo contesto si colloca la mia attività di ricerca che viene condotta nel framework EUROFusion in esperimenti internazionali, quali MAST-U (Regno Unito), TCV (Svizzera), AUG (Germania), WEST (Francia) e JT-60 SA (Giappone). La competenza acquisita in questi esperimenti mi ha permesso di contribuire al design di controllori per DTT ed ITER.
Contatti: Lidia Piron
Diagnostiche dei plasmi da fusione
La misura dei parametri che caratterizzano un plasma termonucleare è fondamentale per gli studi sulla fusione. Le tecniche impiegate a questo scopo si chiamano diagnostiche e il loro studio e sviluppo è un importante settore della ricerca sulla fusione. Fra le tecniche diagnostiche più utilizzate sono particolarmente efficaci quelle che si basano sullo studio dell'interazione fra plasma e fasci laser, un fenomeno che da luogo ad una grande varietà di effetti fisici e che permette la misura accurata di grandezze fondamentali, come la densità, la temperatura e il campo magnetico del plasma. Lo sviluppo e l'applicazione di queste tecniche ai plasmi da fusione, pone delle sfide formidabili per le condizioni operative degli strumenti di misura, esposti alle condizioni estreme di flussi di energia, particelle e radiazioni tipiche dei plasmi ad alta temperatura. Nel gruppo di Fisica dei plasmi ci sono consolidate capacita' di ricerca in questo settore, acquisite nel tempo tramite un ruolo attivo nello sviluppo di diagnostiche laser per gli esperimenti RFX, JET, ITER, JT60-SA, W7-X e DTT.
Contatti: Leonardo Giudicotti
Esperimento DTT (Divertor Tokamak Test facility)
DTT è un tokamak ad alto campo magnetico di notevoli dimensioni (raggio maggiore del toro 2.20 m, raggio minore 0.70 m), capace di una corrente di plasma massima di 5.5 MA. DTT esplorerà scenari di plasma ad alte prestazioni e la gestione dei flussi di energia e di particelle e in condizioni rilevanti per un reattore dimostrativo. DTT sarà essenziale per la strategia europea e mondiale in supporto ad ITER e verso i primi reattori dimostrativi.
DTT, attualmente in costruzione, è gestito dalla società consortile Dtt s.c.a r.l., che vede attualmente come soci Enea, Cnr, Eni, Infn, Consorzio RFX, e le università di Milano Bicocca, Tor Vergata, Tuscia e Politecnico di Torino.
Il gruppo di ricerca del DFA si occupa della gestione delle attività di fisica di DTT (P. Martin è al momento il responsabile delle attività di fisica dell’esperimento), e contribuisce alla progettazione della diagnostica laser di Thomson Scattering e allo studio numerico delle proprietà di stabilità e trasporto dei plasmi che verranno prodotti in DTT.
Contatti: Piero Martin
