Capitolo 1: Introduzione alla fisica del plasma

Introduzione, generalità sui plasmi, parametri di plasma. Quasi neutralità, Lunghezza di Debye. Collisioni coulombiane nei plasmi. Sezione d'urto di Rutherford. Collisioni a grande e a piccolo angolo, confronto con la sezione d'urto per la collisione con neutri. Frequenze di collisione. Semplici fenomeni di trasporto collisionale nei plasmi: resistivita', diffusione ambipolare.

Capitolo 2: Moto delle particelle cariche in campi elettrici e magnetici

Formalismo delle derive per il moto delle particelle cariche in campi elettrici e magnetici. Invarianza del momento magnetico e applicazioni a geometria a specchio magnetico. Formalismo lagrangiano ed invarianti esatti del moto: invarianza per rotazione ed applicazione al confinamento in un tokamak. Invarianti adiabatici: invariante adiabatico per un pendolo semplice con lunghezza del filo che cambia lentamente nel tempo; invarianza dell'integrale di azione per un sistema generico soggetto a moto quasi-periodico. Secondo e terzo invariante adiabatico del moto di una particelle carica in un campo magnetico. Configurazioni di confinamento toroidali: tokamak e stellarator. Superfici magnetiche, trasformata rotazionale e fattore di sicurezza in un tokamak. Particelle circolanti e intrappolate in un tokamak. Orbita del centro guida delle particelle circolanti e intrappolate in un tokamak.

Capitolo 3: Collisioni coulombiane nei plasmi e frenamento di particelle cariche

Richiami sulle proprietà generali delle collisioni nei plasmi completamente ionizzati; derivazione formale dell'equazione di Fokker-Planck; termini di frizione e isotropia nell'equazione di Fokker Planck per collisioni coulombiane a piccolo angolo; equazione per il rallentamento della velocità media; frenamento di una particella carica in un plasma: regime resistivo e runaway; frenamento di una carica con velocità compresa tra le velocità termiche ionica ed elettronica. Concetto di energia critica e trasferimento dell'energia su ioni ed elettroni. Calcolo della resistività di un plasma dall'equazione di Fokker-Planck e del campo elettrico di Dreicer per la produzione di particelle runaway; derivazione della distribuzione di frenamento delle particelle alfa dall'equazione di Fokker-Planck

Capitolo 4: Emissione di radiazione dai plasmi termonucleari

Introduzione ai processi di emissione di radiazione nei plasmi. Emissione di radiazione da cariche libere: radiazione di frenamento e di ciclotrone. Potenziali elettromagnetici di una carica libera in moto arbitrario. Vettore di Poynting e componenti radiative dei campi elettrici e magnetici per particelle cariche non relativistiche. Potenza totale irraggiata e la sua distribuzione angolare. Emissione di ciclotrone: potenza totale irraggiata e spettro in frequenza. Emissione alla frequenza ciclotronica fondamentale e alle sue armoniche. Potenza totale irraggiata per radiazione di frenamento. Elementi di trasporto della radiazione in un plasma: processi di emissione ed assorbimento. Spessore ottico di un plasma. 

Capitolo 5: Trasporto collisionale

Diffusione dovuta alle collisioni nei plasmi: modello random walk della diffusione, equazione della diffusione, coefficienti di diffusione in plasmi magnetizzati e non magnetizzati. Proprieta' generali della diffusione in plasmi debolmente ionizzati. Modello a due fluidi per plasmi debolmente ionizzati senza campo magnetico: calcolo del campo elettrico e del coefficiente di diffusione ambipolare. Introduzione alla diffusione in plasmi completamente ionizzati: ruolo delle collisioni tra particelle identiche e non identiche. Diffusione delle particelle dovuta a collisioni elettrone-ione in plasmi completamente ionizzati: calcolo del coefficiente di diffusione e confronto con i dati sperimentali. Diffusione dell'energia nei plasmi completamente ionizzati: ruolo delle collisioni ione-ione, elettrone-elettrone, ione-elettrone e relative diffusività termiche. Confronto del valore teorico per la diffusività termica con quello osservato sperimentalmente. Cenni al trasporto neoclassico: contributo delle cariche circolanti ed intrappolate al trasporto di particelle ed energia in geometria toroidale. Corrente di bootstrap. Cenni al trasporto turbolento e relative osservazioni sperimentali.

Capitolo 6: Introduzione alla fusione termonucleare controllata 

Reazioni di interesse per la fusione termonucleare, ruolo delle particelle alfa e dei neutroni nella reazione deuterio-trizio, sezione d'urto di fusione nel modello classico e quantistico, calcolo del rateo di reazione e della reattività, processi che contribuiscono al riscaldamento e al raffreddamento del plasma. Tempo di confinamento dell'energia, criterio di Lawson, regimi di funzionamento di un processo di fusione per la produzione di energia: ignizione ideale, ignizione, amplificazione di potenza. Parametro di guadagno Q termico ed elettrico.