Física (plan 2002) 2015-2

Optativas, Fusión Nuclear Controlada

El curso se impartirá de 10:00 a 14:00 los sábados en el Instituto de Ciencias Nucleares, junto a la Facultad de Ciencias, en el Auditorio Marcos Moshinsky.

Fusión Nuclear Controlada

Creditos: 6 (Tres horas por semana)

Objetivo

Familiarizar al estudiante con los diversos problemas relativos al desarrollo de reactores de fusión nuclear controlada. El curso se concentra en el estudio de plasmas confinados magnéticamente, siendo este un campo bien desarrollado, y no clasificado. Se presentan los principales conceptos de confinamiento, tales como el tokamak, el pinch de campo invertido, el z-pinch, y los esferomaks.

Electromagnetismo I y Cálculo IV.

1.Fusión Nuclear

Demanda de energía y recursos.

Fisión y fusión nuclear.

Condiciones de Lawson y de Ignición.

2. Introducción a los plasmas clásicos.

Plasmas en la naturaleza.
Definición de plasmas.
Concepto de temperatura.
Apantallamiento de Debye.
Parámetro de plasma.
Criterios que debe cumplir el plasma.

3. Movimiento de partícula independiente

Deriva E´B.
Deriva ÑB
Deriva por curvatura.
Deriva por polarización.
Momento magnético.
Invariantes adiabáticos.

4. Configuración Toroidal

Representación del campo magnético (Naturaleza hamiltoniana del campo magnético).

Superficies de campo magnético.

Destrucción de superficies de campo magnético.

El mapeo standard.

5. Modelos de plasma

El modelo cinético (Ecuación de Vlasov).
Ecuaciones de multifluídos como momentos de la ecuación de Vlasov.
Ecuaciones magnetohidrodinámicas (MHD) como aproximación de las ecuaciones de multifluidos.
Forma conservativa de las ecuaciones MHD y constricciones magnetohidrodinámicas.
Números de Reynolds, Reynolds magnético y Péclet.
Consecuencias de la aproximación MHD; Difusión vs congelamiento del campo magnético.

6. Equilibrios

Equilibrio en sistemas cilíndricos (z-pinch).

Equilibrio toroidal axisimétrico (Tokamaks, pinch de campo invertido y esferomaks).

Equilibrio toroidal tridimensional (stellerators).

7. Ondas en el modelo de fluidos

Constante dieléctrica de un plasma fluido sin campo (E=B=0).
Oscilación de plasma.
Ondas de espacio - carga en plasmas calientes.
Ondas planas en plasmas fríos.
Reflexión de ondas electromagnéticas por un plasma.
Método de transmisión de microondas para medir propiedades del plasma.
Tensor dieléctrico de un plasma frío magnetizado e(w).
Ondas planas que propagan paralela y perpendicularmente al campo magnético en un plasma frío magnetizado. (Resonancias, frecuencias de corte y casos límite. Rotación de Faraday. Ondas de Alfvén y magnetoacústicas).

8. Estabilidad Magnetohidrodinámica

Inestabilidades en plasmas cilíndricos.

Condición de Kruskal- Shafranov.

Estabilidad de modos locales en sistemas toroidales.

Inestabilidades resistivas.

Modos de globo (balloning modes).

9. Calentamiento y alimentación.

Calentamiento resistivo.

Compresión adiabática.

Inyección de haces neutros.

Calentamiento por radiofrecuencia.

Calentamiento de partículas alfa.

Alimentación de combustible.

10. Pérdidas por radiación.

Campos de radiación.

Bremsstrahlung.

Emisión de ciclotrón.

Radiación por impurezas.

Bibliografía

Física de Plasmas

Bellan, P. M. , Fundamentals of Plasma Physics, Cambridge University Press, 2006.

Boyd, T.J.M. and Sanderson J. J., The Physics of Plasmas. Cambridge University Press, 2003.

Goldstone, R.J., Rutherford, P.H., Introduction to plasma physics, Institute of Physics Publ., Bristol, 1995.

Nicholson, D.R., Introduction to plasma theory, Wiley, N.Y., 1983.

Schmidt, G., Phyisics of high temperature plasmas, Academic Press, N.Y., 1979.

Chen, F.F., Introduction to Plasma Physics, Plenum Press, N.Y., 1982.

Fusión Nuclear

Dolan, T.J., Fusion Research, Pergamon Press, 1982
www.fusionnow.org/dolan.html

International Fusion Research Council, Status Report on Fusion Research, Nuclear Fusion 45, (10A) A1-A28
www.iop.org/EJ/toc/0029-5515/45/10A

McCracken, G. y Stott, P., Fusion: The Energy of the Universe, Elsevier, Amsterdam, 2005

Chen, F. F., An Indispensable Truth: How Fusion Power can Save the Planet, Springer Verlag, New York, 2011.

Miyamoto, K., Plasma physics for nuclear fision, MIT Press, Cambridge Mass., 1989.

Bateman, G., MDH Insabilities, MIT Press, Cambridge Mass., 1980.

Stacey, W.M. Fusion Plasma Analysis, Wiley, N.Y., 1981.

White, R.B. TheTtheory of Toroidally Confined Plasmas, Imperial College Press, Londres, 2001

Lieberman, M.A., De Groot, J.S., Toor, A. y Spielman, R.B., Physics of High Density Z-Pinch Plasmas, Springer Verlag, Berlín, 1999.

Bellan, P.M., Spheromaks: A Practical Application of Magnetohydrodynamic Dynamos and Plasma Self-Organization, Imperial College Press, Londres, 2000.

.

Modo de calificar: 100% por tareas semanales.