1 Quanto più l`universo ci appare comprensibile, tanto più ci

Quanto più l'universo ci appare comprensibile, tanto più ci appare senza
scopo.
Lo sforzo di capire l'universo è tra le pochissime cose che innalzano la
vita umana al di sopra del livello di una farsa, conferendole un pò della
dignità di una tragedia.
Steven Weinberg
Marco Gentilini: Impianti Nucleari. Energie Rinnovabili. Conversione Diretta
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Marco Gentilini: Impianti Nucleari. Energie Rinnovabili. Conversione Diretta
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MARCO GENTILINI
ELEMENTI DI ENERGETICA
IMPIANTI NUCLEARI
ENERGIE RINNOVABILI
CONVERSIONE DIRETTA
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INDICE
INTRODUZIONE
Costituzione dell'universo.
Particelle fondamentali.
Il Modello Standard.
Particelle che compongono la materia.
Le radiazioni.
Interazioni fondamentali.
La Teoria delle Stringhe.
Nascita ed evoluzione cosmica.
Effetto Doppler cosmico.
Età dell'universo.
Big Bang.
Radiazione termica universale.
Espansione cosmica.
Evoluzione delle interazioni fondamentali.
Galassie e stelle.
Evoluzione stellare.
Sistemi planetari.
Epilogo e ciclo cosmico.
La materia presente nell'universo.
PARTE I° – ELEMENTI DI ENERGETICA
CAP. I°.1 – LE POSSIBILITA' DELL'ENERGIA
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I°.1.1
I°.1.2
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Le interazioni energetiche.
Le origini delle sorgenti di energia.
Fonti di energia terrestri.
Modelli di evoluzione energetica.
Modelli di sviluppo.
Riserve di combustibili. Consumi. Durata.
Le tendenze energetiche attuali.
Fenomeni iperesponenziali.
Combustibili da colture agricole.
PARTE II° – IMPIANTI A ENERGIA NUCLEARE
CAP. II°.1 – RICHIAMI DI FISICA E INGEGNERIA NUCLEARE
§ II°.1.1 – Forze ed energia nucleare. Costituzione del nucleo.
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II°.1.21 –
II°.1.22 –
II°.1.23 –
II°.1.24 –
II°.1.25 –
Sezioni d'urto nelle reazioni nucleari.
Cammino libero medio.
La radioattività.
La legge del decadimento radioattivo.
Unità di misura della radioattività.
Unità di misura della radiazione ondulatoria.
Unità di misura delle radiazioni.
Unità di misura dell'irraggiamento.
Unità di misura del danno biologico.
Origine dei nuclei atomici.
La fissione nucleare.
Energia generabile.
Sezioni d'urto nella fissione nucleare.
Il reattore nucleare.
Il rallentamento dei neutroni.
Proprietà dei moderatori.
Realizzazione di sistemi moltiplicanti.
Il reattore termico omogeneo.
Il reattore termico eterogeneo.
Dimensionamento dei reattori nucleari.
Teoria dei gruppi.
Bombe nucleari a fissione.
Cinetica del reattore nucleare.
Conversione e autofertilizzazione.
CAP.II°.2 – IMPIANTI NUCLEARI A FISSIONE
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II°.2.12 –
II°.2.13 –
II°.2.14 –
II°.2.15 –
II°.2.16 –
Impianti a fissione nucleare.
Schemi di impianto.
Tipi di reattori.
Reattori a gas.
Reattori a gas di tipo avanzato.
Reattori a gas ad alta temperatura.
Reattori ad acqua leggera.
Reattori ad acqua in pressione.
Reattori ad acqua bollente.
Reattori ad acqua pesante.
Reattori veloci autofertilizzanti.
Avviamento, arresto, refrigerazione del reattore.
Centrali elettronucleari nel mondo.
Il ciclo del combustibile.
Arricchimento e costo del combustibile.
Inquinamento radioattivo.
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II°.2.17
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Radioattività naturale.
I rifiuti radioattivi.
La sicurezza degli impianti nucleari.
Effetti biologici e protezione dalle radiazioni.
La propulsione nucleare.
CAP.II°.3 – LA FUSIONE NUCLEARE
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II°.3.29 –
Fusione nucleare.
Condizioni per l'innesco di reazioni di fusione.
Le sezioni d'urto di fusione.
Reazioni di fusione.
Valutazione dei parametri di funzionamento.
Cammino libero medio.
Il criterio di Lawson.
Distribuzione di energia.
Condizioni di sostentamento.
Effetti delle impurità.
Temperatura ideale di accensione.
Radiazione di ciclotrone.
Bilanci energetici.
Bilanci di combustibile. Utilizzo dei neutroni.
Disponibilità di combustibili, sicurezza, costo
dell'energia di fusione, impatto ambientale.
Confinamento di plasmi da fusione.
Il confinamento elettrico.
Il confinamento magnetico.
L'effetto pinch.
Il theta pinch o thetatron.
Fenomeni di instabilità.
Specchi magnetici.
Il tokamak.
Lo stato della ricerca.
Il confinamento inerziale.
Bombe nucleari a fusione.
L'mplosione laser.
Progetti di realizzazione.
La fusione fredda.
PARTE III°– IMPIANTI A ENERGIE RINNOVABILI
CAP.III°.1 – ELEMENTI DI ECONOMIA ENERGETICA
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Le energie rinnovabili.
Contabilità energetica.
Tempo di ritorno energetico.
Richiami di analisi degli investimenti.
Costo dell'energia.
Costo dell'energia elettrica.
Costo dell'energia elettronucleare.
Costo dell'energia prodotta con gruppi elettrogeni.
Costo dell'energia termica.
Costo dell'energia per centrali termiche.
Costo dell'energia di cogenerazione.
Costo dell'energia prodotta con fonti rinnovabili.
Costo del risparmio e recupero energetico.
Economia di utilizzo di beni o servizi disponibili.
Costo della sicurezza e della conservazione.
dell'ambiente.
§ III°.1.16 – Costi sociali o "esternalita'.
§ III°.1.17 – Valutazione quantitativa dei costi energetici.
CAP.III°.2 – L'ENERGIA SOLARE
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III°.2.1
III°.2.1
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Energia solare.
La radiazione solare in assenza di atmosfera.
La radiazione solare in presenza di atmosfera.
Disponibilità di energia solare.
Rotazione e rivoluzione terrestre.
Ora e calendario solare.
Il pannello solare.
Potenza installata. Fattore di carico.
Costo dell'energia termica solare.
Stazioni elettriche solari.
La conversione termodinamica.
La concentrazione.
Collettori a concentrazione.
Rapporto di concentrazione ideale.
Centrali elettriche solari.
Sistemi di puntamento.
Costo dell'energia elettrica solare.
L'effetto fotovoltaico.
La giunzione p – n.
Costo dell'energia elettrica fotovoltaica.
Tempo di recupero energetico dei dispositivi
fotovoltaici.
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§ III°.2.21 – Impianti di dissalazione solare di acqua marina.
§ III°.2.22 – Produzione di idrogeno.
§ III°.2.23 – Energia solare dallo spazio.
CAP.III°.3 – L'ENERGIA IDRAULICA
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III°.3.1
III°.3.2
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Energia idraulica.
Risorse idroenergetiche.
Macchine e impianti idroelettrici.
Costo dell'energia idroelettrica.
CAP.III°.4 – L'ENERGIA EOLICA
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III°.4.1
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III°.4.10
III°.4.11
III°.4.12
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Energia eolica.
Macchine eoliche.
La generazione di potenza eolica.
Il teorema di Betz.
Caratteristiche di funzionamento.
Dimensionamento della girante.
Energia generabile.
Fattore di carico.
Potenziale eolico disponibile.
Determinazione dei parametri di progetto.
Costo dell'energia eolica.
Energia solare – eolica.
CAP.III°.5 – LE BIOMASSE
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III°.5.1
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Biomasse.
Risorse di biomasse.
Costo dell'energia prodotta con biomasse.
Il biogas.
La fermentazione anaerobica.
Dimensionamento dell'impianto.
Valutazione della potenzialità del processo.
Costo del metano prodotto.
Ottimizzazione economica del sistema.
CAP.III°.6 – L'ENERGIA GEOTERMICA
§ III°.6.1 – Energia geotermica.
§ III°.6.2 – Utilizzazione dell'energia geotermica.
§ III°.6.3 – Impianti geotermoelettrici.
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III°.6.4
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Costo dell'energia geotermica.
Impianti geotermici superficiali.
Altre fonti rinnovabili di energia.
Apporto energetico delle fonti rinnovabil.
PARTE IV° – SISTEMI DI CONVERSIONE ENERGETICA
DIRETTA.
CAP.IV°.1 – VALUTAZIONI ECONOMICHE
§ IV°.1.1 – Sistemi di conversione.
§ IV°.1.2 – Criteri di economia.
CAP.IV°.2 – LA CONVERSIONE ELETTROCHIMICA
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IV°.2.1
IV°.2.2
IV°.2.3
IV°.2.4
IV°.2.5
IV°.2.6
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Celle a combustibile.
Caratteristiche delle celle a combustibile.
Tipi di celle a combustibile.
Caratteristiche degli impianti a celle a combustibile.
Maturità industriale e realizzazioni attuali.
Costo dell'energia prodotta.
Biocelle microbiche.
CAP.IV°.3 – LA CONVERSIONE MAGNETOFLUIDODINAMICA
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IV°.3.1
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IV°.3.6
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IV°.3.8
IV°.3.9
IV°.3.10
IV°.3.11
IV°.3.12
IV°.3.13
IV°.3.14
IV°.3.15
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Conversione magnetofluidodinamica, (MHD).
Conducibilità elettrica dei gas. Equazioni MHD.
Ionizzazione dei gas.
Schemi di generatori MHD.
Generatore di Faraday.
Generatore di Hall.
Parametri del generatore.
Ciclo termodinamico.
Impianti MHD a plasma in ciclo chiuso.
Impianti MHD a plasma in ciclo aperto.
Generatori MHD a metalli liquidi.
Costo dell'energia da conversione MHD.
Sistemi a onda d'urto.
Impianti con scambiatori diretti di energia.
Impianti MHD a onda d'urto.
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CAP.IV°.4 – LA CONVERSIONE TERMOELETTRICA DIRETTA
§ IV°.4.1 – Conversione termoelettrica diretta.
§ IV°.4.2 – Generatori termoelettrici.
§ IV°.4.3 – Tecnologia e prestazioni dei dispositivi.
CAP.IV°.5 – LA CONVERSIONE TERMOELETTRONICA
§ IV°.5.1 – Conversione termoelettronica.
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