Fisica dei Plasmi

Argomenti di ricerca

Turbolenza nei plasmi magnetizzati
Fisica dei plasmi

R. Barni, C. Riccardi

Le attività riguardano i diversi aspetti del fenomeno della turbolenza che possono essere studiati sperimentalmente in plasmi di laboratorio. La turbolenza rappresenta un fenomeno, ancora non perfettamente compreso, che si presenta in campi anche molto diversi della fisica. Nei plasmi essa rappresenta anche una limitazione sostanziale al controllo e al confinamento dei plasmi, in particolare quelli magnetizzati di possibile interesse nelle applicazioni per lo sfruttamento della fusione termonucleare. Gli esperimenti si svolgono sulla macchina toroidale a plasma semplicemente magnetizzato Thorello del Centro PlasmaPrometeo presso il Dipartimento. Altre ricerche vengono svolte all’estero attraverso la collaborazione all’attività sperimentale presso l’Auroral Observatory (University of Tromso - Norvegia, Observatory website) e il Centre pour le Physique des Interactions Ionique et Moleculaires PIIM (CNRS - Marsiglia, PIIM website), con l’Istituto di Fisica del Plasma IFP (CNR - Milano, IFP website) e con l’Enea (ENEA - Frascati, ENEA website). Le ricerche più recenti hanno riguardato l’analisi numerica delle proprietà statistiche delle fluttuazioni, lo studio del meccanismo di diffusione e del trasporto anomalo di particelle, la ricerca e la caratterizzazione di strutture coerenti, lo studio dell’interazione tra onde e plasma nei plasmi magnetizzati. Connesse a questa linea di ricerca sono anche le attività riguardanti lo sviluppo di dispositivi di diagnostica dei plasmi magnetizzati tramite sonde elettrostatiche e ottiche. Il Centro ospita anche ricercatori e dottorandi stranieri per periodi di ricerca come visiting presso il Dipartimento (Dr. E. Ghorbanpour, Rasht, Iran; Dr. T. Abbaszadeh, Tabriz, Iran, PhD A. Prince, Gujarat, India).

Applicazioni dei plasmi

R. Barni, C. Riccardi

Le attività di ricerca applicata si svolgono presso il Centro PlasmaPrometeo. Le ricerche si concentrano sulla progettazione e realizzazione di dispositivi a plasma per il trattamento superficiale dei materiali, delle miscele gassose e per la produzione di energia. Esse riguardano anche lo studio e l’ottimizzazione dei diversi processi di trattamento a plasma, anche nell’ambito di contratti con le industrie. Connesse a questa linea di ricerca sono anche le attività riguardanti lo sviluppo di dispositivi di diagnostica per plasmi a radiofrequenza tramite sonde elettrostatiche e spettroscopia ottica di emissione e lo sviluppo di codici di simulazione numerica della cinetica chimica dei plasmi. Presso il Centro operano anche dei laboratori per la caratterizzazione dei materiali trattati con processi a plasma. Il primo è dotato di un microscopio a forza atomica (AFM) in grado di studiare la morfologia superficiale alla scala nanometrica. Con tecniche analoghe è possibile misurare altri parametri superficiali come la conducibilità elettrica, l’elasticità e la durezza. Il secondo laboratorio è dedicato all’ottica con un sistema laser per la diagnostica dei plasmi contenenti nanoparticelle con metodi di interferometria ottica.

Fisica degli ioni veloci nei plasmi termonucleari

M. Nocente, G. Gorini

Gli ioni sovratermici, generati dalle reazioni di fusione oppure introdotti dai sistemi di riscaldamento ausiliario, hanno un ruolo fondamentale per il processo di riscaldamento di un plasma termonucleare a confinamento magnetico. Possono ad esempio essere sorgenti di instabilità magnetoidrodinamiche che, in certi scenari, conducono alla perdita di una frazione significativa degli ioni stessi.
Il nostro gruppo si occupa dello studio sperimentale della fisica dei ioni veloci mediante misure di radiazione nucleare, in particolare la spettroscopia di neutroni e raggi gamma nei tokamak. L’attività riguarda sia la progettazione e/o partecipazione e conduzione di esperimenti dedicati, in particolare presso il Joint European Torus (Culham, UK), sia la raccolta ed analisi dei dati post esperimento. Un elemento importante è la validazione diretta di modelli del plasma, mediante lo sviluppo di codici per la predizione dell’emissione di radiazione nucleare dai tokamak a partire dal modello e il confronto  diretto con i dati spettroscopici.
Le attività sono svolte in collaborazione con l’Istituto di Fisica del Plasma, Consiglio Nazionale delle Ricerche (referente: Dr. Marco Tardocchi).

Fisica degli elettroni veloci nei plasmi termonucleari

M. Nocente, G. Gorini

In presenza di una rapida perdita del confinamento magnetico di un plasma (disrupzione), a causa delle notevoli forze elettromotrici indotte, si possono generare fasci di elettroni non confinati (runaway) di diversi MeV, il cui impatto con la prima parete della macchina può rivelarsi pericoloso per l’integrità del dispositivo stesso. Il nostro gruppo studia la dinamica sperimentale della generazione, sviluppo ed eventuale dissipazione di fasci di elettroni runaway mediante misure spettroscopiche, risolte nel tempo, dei raggi X soffici e duri generati dalla radiazione di frenamento del fascio. L’attività è condotta su macchine di dimensioni sia grandi (ad esempio il Joint European Torus di Culham, UK), sia medie, con collaborazioni europee ed internazionali. In particolare, partecipiamo ai principali esperimenti internazionali sulla mitigazione delle disrupzioni e ci occupiamo della raccolta di dati spettroscopici sull’emissione di raggi X soffici e duri al fine di validare i modelli sulla dinamica degli elettroni runaway, mediante la simulazione dell’emissione a partire dal modello e il confronto diretto con i dati sperimentali.
Le attività sono svolte in collaborazione con l’Istituto di Fisica del Plasma, Consiglio Nazionale delle Ricerche (referente: Dr. Marco Tardocchi).

Sviluppo di rivelatori per la spettroscopia neutronica, di raggi gamma ed X per i plasmi per la fusione termonucleare, le sorgenti a spallazione e la tecnologia della fusione

G. Croci, M. Nocente, G. Gorini

Per potere effettuare misure di spettroscopia neutronica, gamma ed X di interesse per i plasmi termonucleari a confinamento magnetico è necessario sviluppare rivelatori dedicati, con caratteristiche di risposta temporale ed in energia che si adattino alle esigenze di misura spesso stringenti di un tokamak. Il nostro gruppo si occupa della progettazione, sviluppo e caratterizzazione di spettrometri per neutroni, raggi gamma ed X di dimensioni differenti (compatti e non compatti) e basati su rivelatori solidi e liquidi, in prevalenza scintillatori, o a gas. Gli strumenti vengono realizzati e testati nei nostri laboratori e quindi installati presso le principali macchine per la fusione termonucleare, europee ed internazionali. Lo sviluppo di spettrometri di neutroni e raggi gamma è esteso anche alle applicazioni di interesse per le sorgenti a spallazione e per la tecnologia della fusione.
Le attività sono svolte in collaborazione con l’Istituto di Fisica del Plasma, Consiglio Nazionale delle Ricerche (referente: Dr. Marco Tardocchi).

Spettroscopia neutronica applicata allo studio di beni culturali
Spettroscopia neutronica applicata allo studio di beni culturali

D. Di Martino, G. Gorini

Nel corso degli anni le competenze inerenti la spettroscopia neutronica dei plasmi sono state applicate allo sviluppo di tecniche d’indagine non invasive dei beni culturali mediante neutroni. In particolare sono state utilizzate le risonanze neutroniche per determinare la mappa tridimensionale in maniera non-invasiva della composizione elementare di oggetti di interesse archeologico o artistico. Presso le grandi facilities europee si conducono esperimenti di diffrazione di neutroni (per studiare le fasi mineralogiche), di cattura neutronica risonante (per misure elementali qualitative), di attivazione prompt gamma (per ottenere la composizione del materiale) e di imaging di neutroni (per analizzare la morfologia dei campioni).
Recentemente sono stati analizzati strumenti musicali, reperti del Museo Egizio di Torino, la Croce di Chiaravalle Milanese e dei campioni gemmologici.
Le attività sono svolte in collaborazione con l’Istituto di Fisica del Plasma, Consiglio Nazionale delle Ricerche (referente: Dr. Enrico Perelli Cippo).

Posizioni aperte