CODICE 87010 ANNO ACCADEMICO 2023/2024 CFU 6 cfu anno 2 FISICA 9012 (LM-17) - GENOVA 6 cfu anno 1 FISICA 9012 (LM-17) - GENOVA SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE FIS/01 SEDE GENOVA PERIODO 1° Semestre MATERIALE DIDATTICO AULAWEB PRESENTAZIONE 87010 Magneti Superconduttori per Macchine Acceleratrici OBIETTIVI E CONTENUTI OBIETTIVI FORMATIVI L'insegnamento fornisce le competenze di base per la progettazione di magneti per le macchine acceleratrici e introduce all’uso di strumenti computazionali per la soluzione di problemi che coinvolgono l’applicazione di equazioni differenziali alle derivate parziali in magnetostatica. Particolare enfasi viene data alla progettazione e costruzione di magneti superconduttori grazie anche al supporto esterno di ASG Superconductors OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO Gli studenti apprenderanno i concetti fondamentali per la comprensione del funzionamento dei magneti superconduttori: criogenia, regimi dinamici dei superconduttori, flux pinning, densità di corrente critica, concetti di stabilità adiabatica e criogenica, effetti dissipativi, quench. Apprenderanno quali materiali superconduttori sono usati nelle applicazioni e le loro proprietà. Impareranno a risolvere problemi di magnetostatica complessi anche in presenza di materiali ferromagnetici. Apprenderanno le problematiche della meccanica associata ai magneti superconduttori (contrazioni termiche, forze di Lorentz) e le basi della progettazione. Saranno introdotti all’uso di strumenti computazionali per la soluzione di problemi multifisica (elettromagnetici, termici e meccanici). Avranno una panoramica delle principali configurazioni magnetiche utilizzate (solenoidi, toroidi, magneti multipolari) ed apprenderanno i concetti ed i metodi per la loro progettazione e realizzazione. MODALITA' DIDATTICHE Il corso sarà effettuato tramite lezioni in italiano. Ci saranno inoltre alcune esercitazioni sull'uso di Codici di calcolo ad Elementi Finiti e una visita alla ASG Superconductors PROGRAMMA/CONTENUTO Introduzione al corso – Applicazioni dei magneti superconduttori 1h Elementi di criogenia 5h Cenni storici Fluidi criogenici Termodinamica (ripasso di alcuni concetti) Trasmissione del calore e carichi termici Dewar e Criostati Effetti delle basse temperature sulle proprietà dei materiali Raffreddamento con liquidi criogenici Liquefattori e criogeneratori Fili e cavi superconduttori 8h Flussoni e regimi dinamici Corrente critica Metodi sperimentali per la misura della corrente critica (metodo volt-amperometrico, metodo induttivo, misure di magnetizzazione) Flux jump Superconduttori compositi: fili superconduttori Materiali (NbTi, A15, MgB2, HTS) Dissipazioni in regime variabile 2h Modello di stato critico Perdite isteretiche Perdite per accoppiamenti inter-filamento Perdite per accoppiamento inter-strand Magneti superconduttori 6h Spettro dei disturbi Stabilità adiabatica Stabilità criogenica Degradazione e training Acceleratori e rivelatori di particelle 2h Magneti: alimentazione, regime persistente, quench e protezione 4h Distribuzione di corrente e campi magnetici 6h Solenoidi Toroidi Dipoli, quadrupoli e multipoli Magneti CCT (Canted Cos magnets) Introduzione all’analisi agli elementi finiti 2h Forze di Lorentz e meccanica associata ai magneti 8h Diagrammi di stress e strain Tensore degli stress e derivazione degli stress principali Legge di Hooke generalizzata, trattazione per i mezzi isotropi Criteri di snervamento Cause di stress nei magneti: contrazioni termiche differenziali e forze di Lorentz Struttura meccanica nei solenoidi Struttura meccanica in dipoli e quadrupoli Il principio del pre-carico Esempi di progettazione di magneti realizzati 4h Il solenoide dell’esperimento CMS al CERN Il dipolo D2 per High Luminosity LHC Il prototipo di quadrupolo per SuperB TESTI/BIBLIOGRAFIA 1) M.N. Wilson Superconducting Magnets Clarendon Press Publication 2) Y.Iwasa Case Studies in Superconducting Magnets Springer Science & Business Media, 1994 3) E Wilson An introduction to Particle Accelerators Oxford University press 4) J.P.A. Bastos , N Sadowski Electromagnetic Modeling by Finite Element Methods Marcel Dekker Inc DOCENTI E COMMISSIONI STEFANIA FARINON RICCARDO MUSENICH Commissione d'esame RICCARDO MUSENICH (Presidente) MARINA PUTTI STEFANIA FARINON (Presidente Supplente) LEZIONI INIZIO LEZIONI Le lezioni si svolgeranno nel primo semestre. Orari delle lezioni L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy ESAMI MODALITA' D'ESAME Esame orale con dissertazione su un argomento specifico concordato con i docenti più una domanda su un argomento trattato nel corso. MODALITA' DI ACCERTAMENTO Dissertazione su un argomento specifico concordato con il docente (tesina) con peso 50% Esame orale con la presentazione dei risultati contenuti nella tesina (Peso 25%) e una domanda su un argomento trattato nel corso. (Peso 25%) Attraverso l’esame orale, la commissione è in grado di valutare il grado di conoscenza degli argomenti esposti, la chiarezza espositiva e la capacità di sintesi dello studente. Calendario appelli Data appello Orario Luogo Tipologia Note 16/02/2024 09:00 GENOVA Esame su appuntamento 30/07/2024 09:00 GENOVA Esame su appuntamento 20/09/2024 09:00 GENOVA Esame su appuntamento ALTRE INFORMAZIONI Anche se le lezioni saranno tenute in italiano, il docente può fornire una raccolta completa di materiale didattico in inglese per preparare l'esame finale e questo esame può essere sostenuto in inglese
