Detalhes do Curso
Período de Inscrições: 01/09/2024 - 21/10/2024
Data de Início do Curso: 09/09/2024
Data de Término do Curso: 08/11/2024
Horas de Esforço: 30 horas
Descrição do curso
Plasmas, criados de forma natural ou artificial, correspondem a mais de 90% da matéria conhecida do universo.
Plasma é o quarto estado da matéria, obtido a partir da ionização de um gás que produz um novo meio (quase)-neutro e cujas partículas carregadas exibem um comportamento coletivo.
A ionização do gás pode ser parcial, dando origem a plasmas fracamente ionizados como os que se encontram na ionosfera ou nos laboratórios de microeeletrónica, ou total, produzindo nesse caso a matéria que se encontra no interior das estrelas ou nas máquinas de fusão nuclear.
Devido aos efeitos coletivos, a descrição global de um plasma não se pode realizar analisando simplesmente o comportamento das suas partículas individuais, uma vez que estas interagem entre si. A questão é particularmente relevante quando se estuda o transporte em plasmas, uma vez que obriga a considerar os campos eletromagnéticos impostos externamente e criados pelas próprias partículas carregadas do plasma. Surpreendentemente, é possível realizar este estudo usando uma “descrição de fluido”, na qual o plasma é visto como sendo composto por vários fluídos, cada um deles representando todas as partículas de uma determinada espécie, caracterizadas por propriedades macroscópicas.
“Transporte em Plasmas” (tPlasmaX) estuda o transporte de partículas em plasmas usando uma descrição de fluido. O curso apresenta a derivação das equações gerais do modelo de fluido, e aplica-as em seguida à descrição de plasmas fracamente ionizados e totalmente ionizados.
tPlasmaX é o primeiro módulo do MOOC “Física de Plasmas” do Instituto Superior Técnico (IST), organizado pela área científica de Física dos Plasmas, Lasers e Fusão Nuclear de Departamento de Física do IST.
Público-alvo
Este curso destina-se a dar formação em Transporte em Plasmas.
O curso destina-se a estudantes universitários de 1º, 2º ou 3º ciclos com interesse em adquirir / aprofundar conhecimentos em Física de Plasmas.
Objetivos de aprendizagem
No final do curso, espera-se que os participantes compreendam a dedução das equações de fluido (na presença/ausência de campos magnéticos), e conheçam a fenomenologia que descrevem. Os participantes deverão também saber aplicar estas equações ao estudo de plasmas fracamente ionizados e totalmente ionizados, entendendo as suas diferenças principais.
Considera-se particularmente importante a compreensão do transporte de deriva-difusão e de difusão ambipolar, a obtenção das soluções das equações de transporte na presença/ausência de fontes, a identificação de novas derivas na presença de campos magnéticos, e a obtenção da resistividade do plasma.
Pré-requisitos
Os participantes devem ter conhecimentos básicos de eletromagnetismo (equações de Maxwell, força eletromagnética) de operadores e teoremas do cálculo vetorial (gradiente, divergência, rotacional; teoremas da divergência e de Stokes).
Conteúdos
O curso funcionará em modo self-paced, estando organizado como se indica a seguir.
O curso começa por destacar a importância do estudo do transporte em plasmas, apresenta depois a derivação das equações gerais do modelo de fluido, que aplica em seguida à descrição de plasmas fracamente ionizados e totalmente ionizados. tPlasmaX está organizado nos seguintes tópicos:
- Tópico 0: Introdução;
- Tópico 1: Descrição de fluidos;
- Tópico 2: Transporte em plasmas fracamente ionizados;
- Tópico 3: Transporte em plasmas fortemente ionizados.
Avaliação e certificação
Ao longo do curso os(as) participantes têm a possibilidade de verificarem os conhecimentos adquiridos através de resposta a várias questões.
Os(As) participantes com uma nota final igual ou superior a 60% terão direito a um certificado de aprovação (sem classificação atribuída).
Coordenação
Luís L. Alves
Luís L. Alves é Professor Catedrático no Instituto Superior Técnico (IST) - Universidade de Lisboa, membro do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, e Coordenador da área científica de Física dos Plasmas, Lasers e Fusão Nuclear (2019 - ) que organiza este MOOC. Concluiu o seu doutoramento em 1993 e a sua Agregação em 2006 pelo IST.
Os seus interesses de investigação centram-se na modelização e simulação de plasmas de baixa temperatura, particularmente no estudo de descargas de micro-ondas e radiofrequência, e no desenvolvimento de modelos cinéticos de interesse para a ciência dos materiais, aplicações biológicas e ambientais.
No seu trabalho utiliza uma metodologia de investigação que começa com a formulação do problema, continua com o desenvolvimento/atualização de uma ferramenta numérica, incluindo a sua verificação através de benchmarking com outros códigos, e termina com a validação do modelo físico por comparação com experiências. É o PI responsável pelo desenvolvimento da ferramenta de simulação LisbOn KInetics (LoKI) (https://nprime.tecnico.ulisboa.pt/loki/), parte publicada como código aberto.
Jorge Vieira
Jorge Vieira é Professor Associado no Instituto Superior Técnico (IST) - Universidade de Lisboa, Investigador do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, e membro da área científica de Física dos Plasmas, Lasers e Fusão Nuclear. Concluiu o seu doutoramento em 2010 pela Universidade de Lisboa.
O seu domínio de investigação encontra-se na intersecção da fotónica e da ciência dos plasmas, usando computação avançada e modelação teórica para explorar as propriedades da luz estruturada e intensa, a fim de atingir os limites físicos últimos dos aceleradores de plasma e das fontes de luz associadas, e prevendo espaços de fase de feixes adaptados a aplicações específicas. Para complementar os avanços teóricos e computacionais, procura colaborar com equipas experimentais que possam aproximar estes conceitos da realidade.
Jorge Vieira participou na elaboração dos guiões deste MOOC.
Equipa
Camilla Willim
Camilla Willim holds a Master's degree in Physics from the Heinrich Heine University in Düsseldorf, Germany. She is currently in her final year of the Physics PhD program in the Group of Lasers and Plasmas (GoLP) at IST, where she focuses on studying structured laser-plasma interactions at ultra-high intensities.
Hugo Terças
Hugo Terças é Professor Auxiliar Convidado no Instituto Superior Técnico (IST) - Universidade de Lisboa, Investigador Auxiliar (CEEC) do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, e membro da área científica de Física dos Plasmas, Lasers e Fusão Nuclear. Concluiu o seu doutoramento em 2011 pelo IST.
Os seus interesses de investigação centram-se na física da matéria quântica, abrangendo aspetos da plasmónica do estado sólido, gases quânticos ultra-frios (condensados de Bose-Einstein) e interação axião-plasma. A sua abordagem consiste em modelizar dinâmicas complexas no regime quântico, incorporando ingredientes-chave da matéria condensada e da teoria quântica dos campos na formulação das equações fluido e cinéticas. Preenchendo a importante lacuna entre plasmas e matéria condensada, o seu objetivo é contribuir para aplicações de plasma em tecnologias quânticas.
Tiago Silva
Tiago Silva é Professor Auxiliar Convidado no Instituto Superior Técnico (IST) - Universidade de Lisboa, Investigador Auxiliar (CEEC) do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, e membro da área científica de Física dos Plasmas, Lasers e Fusão Nuclear. Concluiu o seu doutoramento em 2015 pela Universidade de Mons.
O seu domínio de investigação centra-se no estudo de plasmas de baixa temperatura aplicados à conversão de gases com efeito de estufa em produtos químicos valiosos. Nos últimos anos, tem trabalhado na modelização da entrada e relaxação da energia vibracional do CO2 em ambiente plasma, em estreita colaboração com equipas experimentais. Além disso, também investiga o potencial das tecnologias de plasma na produção de oxigénio e na utilização de recursos in-situ em Marte.
João Pedro Bizarro
João Pedro Bizarro foi Professor Associado no Instituto Superior Técnico (IST) - Universidade de Lisboa, Investigador do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, e membro da área científica de Física dos Plasmas, Lasers e Fusão Nuclear. Concluiu o seu doutoramento em 1993 e a sua agregação em 2010 pela Universidade (Técnica) de Lisboa.
A sua investigação centrava-se na teoria e modelização de plasmas de tokamaks, nomeadamente no equilíbrio, transporte e condução de corrente.
João Pedro Bizarro faleceu em 2022 e participou na elaboração dos guiões deste MOOC.
Vasco Guerra
Vasco Guerra é Professor Associado no Instituto Superior Técnico (IST) - Universidade de Lisboa, Investigador do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, e membro da área científica de Física dos Plasmas, Lasers e Fusão Nuclear. Concluiu o seu doutoramento em 1998 e a sua agregação em 2010 pela Universidade (Técnica) de Lisboa.
O seu domínio de investigação centra-se no estudo da cinética de não-equilíbrio de plasmas moleculares a baixa temperatura, incluindo a cinética eletrónica, vibracional, de partículas pesadas e de superfície. Desenvolve modelos para simular, compreender e interpretar a física destes sistemas, tanto através do estudo de elementos específicos de cada uma das cinéticas como através do desenvolvimento de modelos totalmente auto-consistentes que descrevem o seu comportamento global.
Vasco Guerra coordenou a elaboração deste MOOC durante a sua fase inicial.
Bibliografia recomendada
Introduction to plasma physics and controlled Fusion,Vol. 1: Francis F. Chen 1984 Plenum Press.
