Física (plan 2002) 2018-1

Fusión Nuclear Controlada
Creditos: 6 (Tres horas por semana)
Sábados de 10:00 a 13:00

Las primeras clases serán en el Salón B-302 del Instituto de Ciencias Nucleares, UNAM
a un costado de la Facultad de Ciencias

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.

Requisitos
Indispensables: Electromagnetismo I y Cálculo IV. Recomendable: Electrodinámica II
(El nivel es equivalente al de Mecánica Analítica o Electromagnetismo II (Pero más divertido :-))

Método de Calificación
100% tareas (15 durante el semestre)

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 EXB.
Deriva Grad B
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
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Fusión Nuclear

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