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CODICE 87010
ANNO ACCADEMICO 2024/2025
CFU
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE FIS/01
LINGUA Italiano
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

 

  1. Introduzione al corso – Applicazioni dei magneti superconduttori                                                     1h
  2. Elementi di criogenia                                                                                                                   5h
    1. Cenni storici
    2. Fluidi criogenici
    3. Termodinamica (ripasso di alcuni concetti)
    4. Trasmissione del calore e carichi termici
    5. Dewar e Criostati
    6. Effetti delle basse temperature sulle proprietà dei materiali
    7. Raffreddamento con liquidi criogenici
    8. Liquefattori e criogeneratori
  3. Fili e cavi superconduttori                                                                                                                        8h
    1. Flussoni e regimi dinamici
    2. Corrente critica
    3. Metodi sperimentali per la misura della corrente critica
    4. (metodo volt-amperometrico, metodo induttivo, misure di magnetizzazione)
    5. Flux jump
    6. Superconduttori compositi: fili superconduttori
    7. Materiali (NbTi, A15, MgB2, HTS)
  4. Dissipazioni in regime variabile                                                                                                                2h
    1. Modello di stato critico
    2. Perdite isteretiche
    3. Perdite per accoppiamenti inter-filamento
    4. Perdite per accoppiamento inter-strand
  5. Magneti superconduttori                                                                                                                          6h
    1. Spettro dei disturbi
    2. Stabilità adiabatica
    3. Stabilità criogenica
    4. Degradazione e training                                                                                                                      
  6. Acceleratori e rivelatori di particelle                                                                                                          2h
  7. Magneti: alimentazione, regime persistente, quench e protezione                                                               4h
  8. Distribuzione di corrente e campi magnetici                                                                                              6h
    1. Solenoidi
    2. Toroidi
    3. Dipoli, quadrupoli e multipoli
    4. Magneti CCT (Canted Cos magnets)
  9. Introduzione all’analisi agli elementi finiti                                                                                                   2h
  10. Forze di Lorentz e meccanica associata ai magneti                                                                                   8h
    1. Diagrammi di stress e strain
    2. Tensore degli stress e derivazione degli stress principali
    3. Legge di Hooke generalizzata, trattazione per i mezzi isotropi
    4. Criteri di snervamento
    5. Cause di stress nei magneti: contrazioni termiche differenziali e forze di Lorentz
    6. Struttura meccanica nei solenoidi
    7. Struttura meccanica in dipoli e quadrupoli
    8. Il principio del pre-carico
  11. Esempi di progettazione di magneti realizzati                                                                                           4h
    1. Il solenoide dell’esperimento CMS al CERN
    2. Il dipolo D2 per High Luminosity LHC
    3. 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

Commissione d'esame

RICCARDO MUSENICH (Presidente)

MARINA PUTTI

STEFANIA FARINON (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Dal 23 settembre 2024 secondo l'orario riportato qui 

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.

Per gli studenti con disabilità o con DSA si rimanda alla sezione Altre Informazioni.

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
14/02/2025 09:00 GENOVA Esame su appuntamento
29/07/2025 09:00 GENOVA Esame su appuntamento
19/09/2025 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

Si ricorda alle studentesse e agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) che per poter richiedere adattamenti in sede d'esame occorre prima inserire la certificazione sul sito web di Ateneo alla pagina servizionline.unige.it nella sezione “Studenti”. La documentazione sarà verificata dal Settore servizi per l’inclusione degli studenti con disabilità e con DSA dell’Ateneo, come indicato sul sito federato al link: FISICA 9012 | Studenti con disabilità e/o DSA | UniGe | Università di Genova | Corsi di Studio UniGe

Successivamente, con significativo anticipo (almeno 10 giorni) rispetto alla data di esame occorre inviare una e-mail al/alla docente con cui si sosterrà la prova di esame, inserendo in copia conoscenza sia il docente Referente di Scuola per l'inclusione degli studenti con disabilità e con DSA (sergio.didomizio@unige.it) sia il Settore sopra indicato. Nella e-mail occorre specificare:

•            la denominazione dell’insegnamento

•            la data dell'appello

•            il cognome, nome e numero di matricola dello studente

•            gli strumenti compensativi e le misure dispensative ritenuti funzionali e richiesti.

Il/la referente confermerà al/alla docente che il/la richiedente ha diritto a fare richiesta di adattamenti in sede d'esame e che tali adattamenti devono essere concordati con il/la docente. Il/la docente risponderà comunicando se sia possibile utilizzare gli adattamenti richiesti.

Le richieste devono essere inviate almeno 10 giorni prima della data dell’appello al fine di consentire al/alla docente di valutarne il contenuto. In particolare, nel caso in cui si intenda usufruire di mappe concettuali per l’esame (che devono essere molto più sintetiche rispetto alle mappe usate per lo studio) se l’invio non rispetta i tempi previsti non vi sarà il tempo tecnico necessario per apportare eventuali modifiche.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il documento: Linee guida per la richiesta di servizi, di strumenti compensativi e/o di misure dispensative e di ausili specifici