Monaco 2012 richiami essenziali di fisica atomica e nucleare Giovanni Vicari Istituzione Culturale...
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- Monaco 2012 richiami essenziali di fisica atomica e nucleare
Giovanni Vicari Istituzione Culturale don Carlo Gnocchi Carate
Brianza (MB)
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- Monaco di Baviera Istituto Max Planck di fisica del plasma
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- la societ Max Planck fu fondata a Gottinga da Otto Hahn nel
1948 succedendo alla Societ Kaiser Wilhelm fondata nel 1911. stata
cos denominato in onore dello scienziato Max Planck, morto un anno
prima. la societ Max Planck fu fondata a Gottinga da Otto Hahn nel
1948 succedendo alla Societ Kaiser Wilhelm fondata nel 1911. stata
cos denominato in onore dello scienziato Max Planck, morto un anno
prima. vanta pi premi Nobel di qualsiasi altra istituzione
mondiale. vanta pi premi Nobel di qualsiasi altra istituzione
mondiale.
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- Monaco di Baviera Istituto Max Planck di fisica del plasma
l'Istituto Max Planck di fisica del plasma sito a Garching bei
Mnchen si dedica alla ricerca sulla fisica e tecnologia delle
centrali a fusione nucleare. l'Istituto Max Planck di fisica del
plasma sito a Garching bei Mnchen si dedica alla ricerca sulla
fisica e tecnologia delle centrali a fusione nucleare. oggi a
Garching in funzione il tokamak ASDEX Upgrade (dal 1991), il pi
grande reattore a fusione sperimentale tedesco. oggi a Garching in
funzione il tokamak ASDEX Upgrade (dal 1991), il pi grande reattore
a fusione sperimentale tedesco.
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- latomo lipotesi che la materia non sia continua antica (V sec.
a.C.), solo allinizio del XIX sec. John Dalton fond la teoria
atomica moderna.
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- John Dalton (1803) la materia formata da piccole particelle
elementari (atomi) la materia formata da piccole particelle
elementari (atomi) gli atomi di uno stesso elemento sono tutti
uguali gli atomi di uno stesso elemento sono tutti uguali gli atomi
non possono essere n creati n distrutti gli atomi non possono
essere n creati n distrutti
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- i modelli atomici 1904 J. J. Thomson 1904 J. J. Thomson 1911 E.
Rutherford 1911 E. Rutherford 1913 N. Bohr 1913 N. Bohr
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- Joseph John Thomson (1904)
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- secondo il modello atomico di Thomson (a panettone) latomo
costituito da una distribuzione di carica positiva diffusa,
allinterno della quale sono inserite le cariche negative secondo il
modello atomico di Thomson (a panettone) latomo costituito da una
distribuzione di carica positiva diffusa, allinterno della quale
sono inserite le cariche negative
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- Joseph John Thomson (1904)
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- esperiemento di H. Geiger e E. Marsden
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- Ernest Rutherford (1911)
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- fu l'evento pi incredibile mai successomi in vita mia. era
quasi incredibile quanto lo sarebbe stato sparare un proiettile da
15 pollici a un foglio di carta velina e vederlo tornare indietro e
colpirti. pensandoci, ho capito che questa diffusione all'indietro
doveva essere il risultato di una sola collisione e quando feci il
calcolo vidi che era impossibile ottenere qualcosa di quell'ordine
di grandezza a meno di considerare un sistema nel quale la maggior
parte della massa dell'atomo fosse concentrata in un nucleo molto
piccolo. fu allora che ebbi l'idea di un atomo con un piccolissimo
centro massiccio e carico. fu l'evento pi incredibile mai
successomi in vita mia. era quasi incredibile quanto lo sarebbe
stato sparare un proiettile da 15 pollici a un foglio di carta
velina e vederlo tornare indietro e colpirti. pensandoci, ho capito
che questa diffusione all'indietro doveva essere il risultato di
una sola collisione e quando feci il calcolo vidi che era
impossibile ottenere qualcosa di quell'ordine di grandezza a meno
di considerare un sistema nel quale la maggior parte della massa
dell'atomo fosse concentrata in un nucleo molto piccolo. fu allora
che ebbi l'idea di un atomo con un piccolissimo centro massiccio e
carico.
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- Ernest Rutherford (1911)
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- la carica positiva concentrata in un nucleo piccolo la carica
positiva concentrata in un nucleo piccolo anche la massa
concentrata nella regione centrale dellatomo anche la massa
concentrata nella regione centrale dellatomo
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- Ernest Rutherford (1911) il modello di Rutherford instabile,
latomo invece in equilibrio il modello di Rutherford instabile,
latomo invece in equilibrio nel 1884 Johann Balmer, insegnante
svizzero, osserva le righe dello spettro di emissione dellidrogeno
nel 1884 Johann Balmer, insegnante svizzero, osserva le righe dello
spettro di emissione dellidrogeno
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- Johann Jacob Balmer (1885)
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- = (364,6 nm) n 2 /(n 2 -4)
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- Niels Bohr (1913)
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- il momento della quantit di moto un multiplo intero della
costante di Planck (solo alcune orbite sono possibili): m v r = n .
il momento della quantit di moto un multiplo intero della costante
di Planck (solo alcune orbite sono possibili): m v r = n .
lelettrone in moto nelle orbite circolari non emette radiazione
elettromagnetica lelettrone in moto nelle orbite circolari non
emette radiazione elettromagnetica la radiazione elettromagnetica
emessa se un elettrone varia in maniera discontinua il suo moto
saltando su unaltra orbita: h = E. la radiazione elettromagnetica
emessa se un elettrone varia in maniera discontinua il suo moto
saltando su unaltra orbita: h = E.
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- Niels Bohr (1913)
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- come sta insieme latomo?
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- il nucleo dellatomo
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- protoni e neutroni
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- il nucleo atomico ogni atomo formato da un nucleo (protoni e
neutroni) e dagli elettroni che gli orbitano intorno. ogni atomo
formato da un nucleo (protoni e neutroni) e dagli elettroni che gli
orbitano intorno. i protoni tendono a respingersi per via della
forza di Coulomb. se non ci fossero altre forze a tenerli uniti, i
nuclei non sarebbero stabili. i protoni tendono a respingersi per
via della forza di Coulomb. se non ci fossero altre forze a tenerli
uniti, i nuclei non sarebbero stabili. si chiama forza nucleare
forte quella che rende stabili i nuclei atomici. si chiama forza
nucleare forte quella che rende stabili i nuclei atomici.
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- lenergia di legame l'energia di legame l'energia meccanica
necessaria per scomporre un oggetto nelle sue parti. un sistema
legato ha un'energia potenziale inferiore a quelle delle parti che
lo compongono, ed per tale motivo che le sue parti restano unite.
l'energia di legame l'energia meccanica necessaria per scomporre un
oggetto nelle sue parti. un sistema legato ha un'energia potenziale
inferiore a quelle delle parti che lo compongono, ed per tale
motivo che le sue parti restano unite. per un atomo, l'energia di
legame l'energia di ionizzazione necessaria a separare il nucleo
atomico e gli elettroni ponendoli a distanza tale che non
interferiscano tra loro. per un atomo, l'energia di legame
l'energia di ionizzazione necessaria a separare il nucleo atomico e
gli elettroni ponendoli a distanza tale che non interferiscano tra
loro. l'energia di legame nucleare l'energia necessaria per rompere
il nucleo di un atomo: M nucleo < Z m protone + N m neutrone
l'energia di legame nucleare l'energia necessaria per rompere il
nucleo di un atomo: M nucleo < Z m protone + N m neutrone
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- come sta insieme il nucleo?
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- a partire dagli elementi pi leggeri, lenergia di legame cresce
con laumentare del numero di massa, raggiungendo un valore massimo
in corrispondenza del ferro. a partire dagli elementi pi leggeri,
lenergia di legame cresce con laumentare del numero di massa,
raggiungendo un valore massimo in corrispondenza del ferro. poi
diminuisce gradualmente fino valori anche insufficiente per
mantenere unito il nucleo. poi diminuisce gradualmente fino valori
anche insufficiente per mantenere unito il nucleo.
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- come sta insieme il nucleo? la forza attrattiva su un singolo
nucleone e dovuta a tutti gli altri nucleoni del nucleo che si
trovano a distanza minore del raggio di azione della forza
nucleare: quanto maggiore e questo numero tanto maggiore e la forza
attrattiva e quindi lenergia necessaria per strappare un
particolare nucleone. questo spiega il valore pi basso dellenergia
di legame dei nuclei leggeri. la forza attrattiva su un singolo
nucleone e dovuta a tutti gli altri nucleoni del nucleo che si
trovano a distanza minore del raggio di azione della forza
nucleare: quanto maggiore e questo numero tanto maggiore e la forza
attrattiva e quindi lenergia necessaria per strappare un
particolare nucleone. questo spiega il valore pi basso dellenergia
di legame dei nuclei leggeri.
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- come sta insieme il nucleo? al crescere del numero di nucleoni
si arriva a una situazione in cui i nucleoni sono per la maggior
parte troppo distanti per esercitare unattrazione reciproca
notevole. per contro, poich la forza elettrica non diminuisce cosi
rapidamente con la distanza quanto la forza nucleare, nei nuclei pi
grandi la repulsione elettrica tra i protoni ha uninfluenza
tuttaltro che trascurabile. al crescere del numero di nucleoni si
arriva a una situazione in cui i nucleoni sono per la maggior parte
troppo distanti per esercitare unattrazione reciproca notevole. per
contro, poich la forza elettrica non diminuisce cosi rapidamente
con la distanza quanto la forza nucleare, nei nuclei pi grandi la
repulsione elettrica tra i protoni ha uninfluenza tuttaltro che
trascurabile.
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- come sta insieme il nucleo? un altro aspetto importante della
curva e il picco per il nucleo di 4 He, che risulta particolarmente
stabile rispetto ai nuclei vicini. un altro aspetto importante
della curva e il picco per il nucleo di 4 He, che risulta
particolarmente stabile rispetto ai nuclei vicini. nei nuclei
pesanti esiste quindi una situazione favorevole, dal punto di vista
energetico, allemissione spontanea di nuclei di elio. nei nuclei
pesanti esiste quindi una situazione favorevole, dal punto di vista
energetico, allemissione spontanea di nuclei di elio.
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- Antoine Henri Becquerel
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- Antoine Henri Becquerel (1896) esperimenti sulla fosforescenza
delluranio. esperimenti sulla fosforescenza delluranio. un fenomeno
del tutto nuovo e inatteso! un fenomeno del tutto nuovo e inatteso!
le radiazioni dipendevano dal materiale: l'uranio. le radiazioni
dipendevano dal materiale: l'uranio.
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- Maria Sk odowska e Pierre Curie
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- decadimento
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- il decadimento avviene in accordo con la legge di conservazione
della massa/energia con l'emissione di una particella, detta
appunto particella alfa, composta da due protoni e due neutroni
(nucleo di elio) da parte dell'isotopo di un elemento con elevato
numero atomico (Z > 83). il decadimento avviene in accordo con
la legge di conservazione della massa/energia con l'emissione di
una particella, detta appunto particella alfa, composta da due
protoni e due neutroni (nucleo di elio) da parte dell'isotopo di un
elemento con elevato numero atomico (Z > 83). perdendo due
protoni l'elemento indietreggia di due posizioni nella tavola
periodica degli elementi ovvero il numero atomico passa da Z a Z-2.
perdendo due protoni l'elemento indietreggia di due posizioni nella
tavola periodica degli elementi ovvero il numero atomico passa da Z
a Z-2. es. 238 U 234 Th + es. 238 U 234 Th +
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- decadimento
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- un neutrone decade in una coppia protone- elettrone pi un
antineutrino elettronico (decadimento - ). un neutrone decade in
una coppia protone- elettrone pi un antineutrino elettronico
(decadimento - ). il protone resta nel nucleo atomico, mentre le
altre due particelle vengono emesse. il protone resta nel nucleo
atomico, mentre le altre due particelle vengono emesse. es. 60 Co
60 Ni + e - + es. 60 Co 60 Ni + e - +
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- decadimento dato che i neutrini interagiscono debolmente con la
materia, quando Marie Curie osserv per la prima volta questo tipo
di decadimento lo associ alla sola emissione di un elettrone; fu
Enrico Fermi che, seguendo un'idea di Wolfgang Pauli, introdusse
l'idea del neutrino per risolvere un'apparente contraddizione fra i
risultati sperimentali ed il principio di conservazione
dell'energia. dato che i neutrini interagiscono debolmente con la
materia, quando Marie Curie osserv per la prima volta questo tipo
di decadimento lo associ alla sola emissione di un elettrone; fu
Enrico Fermi che, seguendo un'idea di Wolfgang Pauli, introdusse
l'idea del neutrino per risolvere un'apparente contraddizione fra i
risultati sperimentali ed il principio di conservazione
dell'energia.
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- decadimento
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- reazioni nucleari
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- una reazione nucleare un tipo di trasformazione della materia
che, a differenza di una reazione chimica in cui sono coinvolti gli
elettroni di legame e forze di natura elettrostatica, riguarda il
nucleo dellatomo di uno specifico elemento chimico, che viene
convertito in un altro di diverso numero atomico, coinvolgendo le
forze nucleari. una reazione nucleare un tipo di trasformazione
della materia che, a differenza di una reazione chimica in cui sono
coinvolti gli elettroni di legame e forze di natura elettrostatica,
riguarda il nucleo dellatomo di uno specifico elemento chimico, che
viene convertito in un altro di diverso numero atomico,
coinvolgendo le forze nucleari. essendo tali forze notevolmente pi
intense delle forze elettrostatiche le energie in gioco nelle
reazioni nucleari sono sensibilmente pi elevate rispetto a quelle
in gioco nelle reazioni chimiche. essendo tali forze notevolmente
pi intense delle forze elettrostatiche le energie in gioco nelle
reazioni nucleari sono sensibilmente pi elevate rispetto a quelle
in gioco nelle reazioni chimiche.
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- fissione nucleare
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- un nucleo di uranio 235 viene "bombardato" da un neutrone e
avviene la fissione che spezza il nucleo in due atomi (kripton e
bario) e libera tre neutroni e dell'energia. un nucleo di uranio
235 viene "bombardato" da un neutrone e avviene la fissione che
spezza il nucleo in due atomi (kripton e bario) e libera tre
neutroni e dell'energia. uno dei neutroni pu venire assorbito da un
altro nucleo di uranio 235 far continuare la reazione a catena. uno
dei neutroni pu venire assorbito da un altro nucleo di uranio 235
far continuare la reazione a catena.
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- fissione nucleare
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- fusione nucleare
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- i nuclei di due o pi atomi vengono compressi tanto da far
prevalere linterazione forte sulla repulsione elettromagnetica,
unendosi tra loro ed andando cos a generare un nucleo di massa
maggiore dei nuclei reagenti nonch, talvolta, uno o pi neutroni
liberi. i nuclei di due o pi atomi vengono compressi tanto da far
prevalere linterazione forte sulla repulsione elettromagnetica,
unendosi tra loro ed andando cos a generare un nucleo di massa
maggiore dei nuclei reagenti nonch, talvolta, uno o pi neutroni
liberi. l'energia necessaria per superare la repulsione coulombiana
pu essere fornita ai nuclei portandoli ad altissima temperatura,
circa 10 K. l'energia necessaria per superare la repulsione
coulombiana pu essere fornita ai nuclei portandoli ad altissima
temperatura, circa 10 K.
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- fusione nucleare
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- la fusione di elementi fino ai numeri atomici 26 e 28 (ferro e
nichel) esoenergetica, ossia emette pi energia di quanta ne
richieda il processo di compressione. la fusione di elementi fino
ai numeri atomici 26 e 28 (ferro e nichel) esoenergetica, ossia
emette pi energia di quanta ne richieda il processo di
compressione. oltre tale valore endoenergetica, cio assorbe energia
(per la costituzione di nuclei atomici pi pesanti). oltre tale
valore endoenergetica, cio assorbe energia (per la costituzione di
nuclei atomici pi pesanti). E = m c 2 E = m c 2
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- reattore a fusione un reattore nucleare a fusione un sistema in
grado di gestire una reazione di fusione nucleare in modo
controllato. un reattore nucleare a fusione un sistema in grado di
gestire una reazione di fusione nucleare in modo controllato. allo
stato attuale non esistono reattori nucleari a fusione operativi
per produrre energia elettrica allo stato attuale non esistono
reattori nucleari a fusione operativi per produrre energia
elettrica
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- reattore a fusione per spingere atomi di idrogeno a fondere in
maniera controllata all'interno di un reattore o, pi in generale,
di una camera, il combustibile deve essere innanzitutto confinato
spazialmente. per spingere atomi di idrogeno a fondere in maniera
controllata all'interno di un reattore o, pi in generale, di una
camera, il combustibile deve essere innanzitutto confinato
spazialmente.
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- il tokamak
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- un tokamak una macchina di forma toroidale che, attraverso il
confinamento magnetico di isotopi allo stato di plasma, crea le
condizioni affinch si verifichi, al suo interno, la fusione
termonucleare. un tokamak una macchina di forma toroidale che,
attraverso il confinamento magnetico di isotopi allo stato di
plasma, crea le condizioni affinch si verifichi, al suo interno, la
fusione termonucleare. il nome la traslitterazione dal russo ,
acronimo per camera toroidale con bobine magnetiche. il nome la
traslitterazione dal russo , acronimo per camera toroidale con
bobine magnetiche. il risultato delle ricerche condotte nel 1950
dagli scienziati russi Andrei Sakharov e Igor Tamm. il risultato
delle ricerche condotte nel 1950 dagli scienziati russi Andrei
Sakharov e Igor Tamm. ASDEX Upgrade situato a Garching, presso
Monaco di Baviera, in Germania; operativo dal 1991. ASDEX Upgrade
situato a Garching, presso Monaco di Baviera, in Germania;
operativo dal 1991.
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- il tokamak
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- il principio su cui si basa che una particella carica immersa
in un campo magnetico segue una traiettoria elicoidale (detta anche
moto di ciclotrone). il principio su cui si basa che una particella
carica immersa in un campo magnetico segue una traiettoria
elicoidale (detta anche moto di ciclotrone). realizzando delle
linee di campo magnetico che si chiudano ad anello le particelle
sono costrette a fluire lungo le linee del campo magnetico,
percorrendo delle orbite ad anello intorno al buco del toro, e
rimanendo pertanto confinate. realizzando delle linee di campo
magnetico che si chiudano ad anello le particelle sono costrette a
fluire lungo le linee del campo magnetico, percorrendo delle orbite
ad anello intorno al buco del toro, e rimanendo pertanto
confinate.
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- divagazione
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- divagazione
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- divagazione
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- divagazione
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- divagazione
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- divagazione
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- divagazione
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- divagazione
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- il tokamak
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- Slide 71
- Slide 72
- Slide 73
- si immette corrente nelle bobine di campo toroidale. si immette
corrente nelle bobine di campo toroidale. viene immessa una
piccolissima quantit di gas (generalmente idrogeno o suoi isotopi)
di cui si vogliano studiare le propriet. viene immessa una
piccolissima quantit di gas (generalmente idrogeno o suoi isotopi)
di cui si vogliano studiare le propriet. si immette corrente nel
solenoide centrale, che occupa il buco centrale del toro creando un
flusso nel nucleo del tokamak: esso costituisce il circuito
primario di un trasformatore, di cui il toro costituisce il
circuito secondario. si immette corrente nel solenoide centrale,
che occupa il buco centrale del toro creando un flusso nel nucleo
del tokamak: esso costituisce il circuito primario di un
trasformatore, di cui il toro costituisce il circuito secondario.
la corrente nel primario viene fatta rapidamente calare, e questo
crea una forza elettromotrice. gli atomi neutri vengono ionizzati,
si crea una scarica con elettroni via via pi numerosi per effetto
degli urti fra elettroni e atomi neutri. la corrente nel primario
viene fatta rapidamente calare, e questo crea una forza
elettromotrice. gli atomi neutri vengono ionizzati, si crea una
scarica con elettroni via via pi numerosi per effetto degli urti
fra elettroni e atomi neutri. il gas non pi neutro, ma diventato
plasma: a questo punto la corrente elettrica riscalda il plasma a
temperature anche molto elevate. il gas non pi neutro, ma diventato
plasma: a questo punto la corrente elettrica riscalda il plasma a
temperature anche molto elevate.
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- il tokamak
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- il tokamak allinterno del tokamak ASDEX
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- il tokamak allinterno del tokamak Tore Supra plasma temperature
10 8 K
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- ironman
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- ironman