Descrizione previsione attività della commessa "Dinamica di Plasmi e Laser-Plasmi (MD.P03.027)"

Type
Label
  • Descrizione previsione attività della commessa "Dinamica di Plasmi e Laser-Plasmi (MD.P03.027)" (literal)
Iniziative per acquisizione entrate
  • Contatti per la creazione di network legati ad attività ad alto valore aggiunto nel settore aerospazio, fusione e scienze dei materiali e di dimensione ottimale per una più efficace intercettazione di finanziamenti. Identificazione di partner industriali. (literal)
Punti critici
  • Il punto critico principale è l'esiguità del personale a disposizione a confronto con l'ampiezza delle tematiche, la quantità e consistenza delle attività progettuali in corso. Promuovere e rendere visibile l'eccellenza della commessa C3 nei settori aerospaziale, la sfida dell'idrogeno, i beni culturali, l'impiego ottimale dei carburanti e l'energia pulita da fusione, mediante l'organizzazione di incontri e la realizzazione di focus. Una maggiore integrazione con l'Università è auspicabile, rinforzando i link già esistenti, anche per la possibilità di contare sull'apporto di laureandi e dottorandi alle attività di ricerca. (literal)
Attività da svolgere
  • Simulazione a particella tridimensionale della dinamica di un propulsore ad effetto Hall da 5 kW. Caricamento di polveri in plasmi di non equilibrio: effetto di funzioni di distribuzione non Maxwelliane. Modello cinetico monodimensionale a particella di scariche DBD in azoto al Khz e per impulsi al nanosecondo. Accoppiamento con la dinamica e cinetica di stati metastabili delle molecole neutre e ioniche. Modello di nucleazione e crescita di nanoparticelle in bolle di cavitazione prodotta da ablazione laser di target in liquido. Per una migliore analisi fisica del motore ad effetto Hall sarà prima effettuato uno studio fisico-matematico del canale di accelerazione e della zona prossima al piano d'uscita del propulsore in esame, per individuare i parametri del plasma ed i fenomeni fisici che saranno rappresentati nel modello numerico. Sarà quindi sviluppato un modello completamente cinetico a particelle, tridimensionale, per lo studio del plasma nel canale acceleratore e nella zona prossima al piano d'uscita del propulsore. Il codice verrà utilizzato per ottimizzare le prestazioni del motore da 5 kW. Nel contesto della funzionalizzazione di film sottili di diamante MWPECVD (Micro-Wave Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) per applicazioni termoioniche mediante la messa a punto di opportuni processi di deposizione e trattamento che ne influenzano le proprietà fisiche. In particolare, le proprietà elettriche ed elettroniche dei film sottili di diamante MWPECVD micro- o nano-strutturati rappresentano i principali parametri prestazionali di tali catodi. Il doping di tipo n, effettuato con azoto in fase di deposizione, rappresenta il mezzo più efficace per ridurre la funzione lavoro del materiale, la cui affinità elettronica può essere ulteriormente \"regolata\" mediante un trattamento di idrogenazione superficiale. Sarà approfondito dello studio della cinetica vibrazionale stato-a-stato delle miscele N2/N/O2/O/NO e CO2/CO/C/O/O2. Per quanto riguarda la prima, che vede applicazione, ad esempio, nel rientro sulla Terra di veicoli spaziali, si continuera' lo studio di processi elementari molecola-molecola. Per quanto riguarda la seconda si continuera' lo studio dell'ingresso di veicoli spaziali nell'atmosfera di Marte passando attraverso la simulazione dello strato limite di un corpo che si muove a velocita' ipersonica a partire da condizioni al contorno compatibili con un esperimento svolto da Hollis [AIAA Paper 95-2314] nel 'Hypersonic Pulse expansion tube' (Hypulse) della NASA. Sarà realizzato un modello della cascata di ionizzazione associata a scariche atmosferiche ad altissima quota, o \"sprite discharges\", propedeutico ad una valutazione degli effetti possibili su attività orbitali. Saranno usate descrizioni realistiche del processo di ionizzazione, considerando i componenti atmosferici principali alle quote in esame, con sezioni d'urto dipendenti dall'energia e distribuzioni realistiche della ripartizione di energia tra elettroni. Per l'interazione Interazione onde elettromagnetiche-plasma si inizierà lo sviluppo di un modello auto consistente che tenga conto sia di effetti collettivi che collisionali risolvendo lo spazio delle fasi della dinamica ionica in una dimensione spaziale. Si inizierà la realizzazione di un sistema LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) per l'analisi elementare a distanza ed il riconoscimento di oggetti quali meteoriti e detriti. La tecnica è basata sulla focalizzazione di impulsi laser ad alta energia su bersagli a distanza di decine e centinaia di metri allo scopo di creare il plasma indotto da laser. Si svilupperanno modelli StS (stato a stato) auto-consistenti della composizione del plasma, delle distribuzioni interne e degli elettroni liberi dell'atmosfera planetaria (in particolare Giove e Marte) durante la sua interazione con la navicella viaggiante a velocità ipersonica. Saranno creati i primi meta-modelli che, adeguatamente strutturati e istruiti su una base di dati di riferimento, siano in grado di riprodurre i risultati di modelli avanzati chimico-fisici di interesse applicativo per attività aerospaziali, con soddisfacente accuratezza. I meta-modelli che riguarderanno in particolare il rientro in atmosfera terrestre nel regime di dissociazione ricombinazione, saranno istruiti da dati DSMC (Direct Simulation Monte Carlo). Altre strutture: CH4-zeolite: calcoli ab initio per la definizione del minimo cammino di reazione e della superficie di energia potenziale per la reazione di rottura di un legame C-H in CH4; dinamica d'interazione di H2 in definiti stati vibrazionali con una superficie di grafite per diverse temperature della superficie da quelle estremamente basse, per applicazioni in astrochimica, a quelle elevate per applicazione nel campo dei moderni dispositivi di fusione; N,N2/silice: determinazione di una superficie di potenziale per questo sistema basata su calcoli DFT e studio della dinamica del processo di formazione di molecole di N2 (literal)
Risultati attesi
  • Nuovi aspetti della cinetica stato a stato di specie atomiche e molecolari integrati nei modelli. Indicazioni sulle condizioni operative ottimali di sistemi al plasma e ad alta energie per la produzione di ioni negativi in ambito fusione, ugelli e sistemi di protezione termica in ambito aerospaziale, scariche elettriche per la produzione di materiali a base di idrogeno. Messa a punto di opportuni processi di deposizione e trattamento per film di diamante. Risultati sul comportamento della fase plasma primordiale in astrofisica, in particolare onde d'urto ad alto redshift. Affinamento di tecniche di analisi nasate su laser induced breakdown spectroscopy per meteoriti e debris di interesse per attività orbitali ad alto valore aggiunto. Maggiore comprensione dei fenomeni di cinetica vibrazione e della loro influenza sulla fluidodinamica del rientro. In particolare, per quanto riguarda la miscela CO2/CO/C/O/O2, ci si aspetta che la cinetica vibrazione stato-a-stato possa portare ad un valore del flusso di calore nel punto di ristagno piu' vicino al valore sperimentale rispetto a quelli ottenuti con altri modelli, eventualmente anche 'multi-temperature'. Nuovi risultati per l'interazione di piccole molecole e atomi metallici con superfici, basati su metodi ab-initio. In particolare CsMo: caratterizzazione della struttura dello strato incompleto di Cs CH4-zeolite: si prevede di definire la superficie di energia potenziale a dimensionalità completa, e di inserirla nel codice di dinamica avviando i primi test runs per studiare la reazione di rottura di un legame C-H nella molecola di metano; Probabilità di disattivazione/eccitazione di H2 in stati vibrazionali ben definiti per diverse temperature della superficie; N,N2/silice: nuova superficie di energia potenziale da utilizzare nel programma di dinamica con il quale cominciare a studiare la reazione di ricombinazione. Sezioni d'urto per processi molecolari poco noti di interesse applicativo, basati su metodi ab-initio. Accoppiamento canale-plume nel thruster e costruzione di una GUI per rendere il codice user-frindly. Ottimizzazione delle performances della sorgente di ioni negativi attraverso la comprensione del trasporto elettronico e ionico. Studio della caricha e potenziale di polveri interstellari e in reattori a fusione. Effetto di distribuzioni di non equilibrio elettroniche nella cinetica di scariche DBD. Funzione di distribuzione delle dimensioni delle nanoparticelle generate in LAL. Potenziali molecolari per sistemi confinati in condizioni di alta pressione. (literal)
Descrizione di

Incoming links:


Descrizione
data.CNR.it