An analytic mean-field α2\alpha^2-dynamo with a force-free corona

Stellar dynamos are affected by boundary conditions imposed by stellar coronae. Under some approximations it is possible to find analytical solutions. Interior dynamo models often consider a current-free coronae without taking into account the constraints imposed by the presence of currents in the corona. We aim to analytically evaluate the effect of coronal currents and of an outer boundary condition on the efficiency of an $\alpha^2$ dynamo. We intend to estimate the change in geometry and dinamo excitation numbers with respect to the current-free case. We analytically solve the turbulent dynamo induction equation for a homogeneous, non-mirror symmetric turbulence, in a spherical domain surrounded by a linear force-free corona with magnetic field B satisfying curl B = \beta B. The main result is that the dynamo number is a decreasing function of \beta. Moreover, if the current is parallel to the field (\beta > 0) the dynamo number is smaller than in the force-free case. On the contrary (\beta < 0) the dynamo number is greater than the in force-free case. We conclude that the presence of currents in the corona needs to be taken into account because it affects the condition for excitation of a dynamo.Comment: Accepted for publication in A&

Turbulent diffusion and galactic magnetism

Using the test-field method for nearly irrotational turbulence driven by spherical expansion waves it is shown that the turbulent magnetic diffusivity increases with magnetic Reynolds numbers. Its value levels off at several times the rms velocity of the turbulence multiplied by the typical radius of the expansion waves. This result is discussed in the context of the galactic mean-field dynamo.Comment: 2 pages, 1 figure, to appear in "Magnetic Fields in Diffuse Media", proceedings of Joint Discussion at the 2009 XXVII IAU General Assembly in Rio de Janeiro from 12 to 14 August, 200

Vorticity from irrotationally forced flow

In the interstellar medium the turbulence is believed to be forced mostly through supernova explosions. In a first approximation these flows can be written as a gradient of a potential being thus devoid of vorticity. There are several mechanisms that could lead to vorticity generation, like viscosity and baroclinic terms, rotation, shear and magnetic fields, but it is not clear how effective they are, neither is it clear whether the vorticity is essential in determining the turbulent diffusion acting in the ISM. Here we present a study of the role of rotation, shear and baroclinicity in the generation of vorticity in the ISM.Comment: 2 pages, 1 figure, to be published in Proceedings of IAU Symp. 271, Astrophysical Dynamics: from Stars to Galaxies, ed. N. Brummell and A.S. Brun, CU

How can vorticity be produced in irrotationally forced flows?

A spherical hydrodynamical expansion flow can be described as the gradient of a potential. In that case no vorticity should be produced, but several additional mechanisms can drive its production. Here we analyze the effects of baroclinicity, rotation and shear in the case of a viscous fluid. Those flows resemble what happens in the interstellar medium. In fact in this astrophysical environment supernovae explosion are the dominant flows and, in a first approximation, they can be seen as spherical. One of the main difference is that in our numerical study we examine only weakly supersonic flows, while supernovae explosions are strongly supersonic.Comment: 3 pages, 3 figures, to appear in Proceedings of IAU Symp. 274, Advances in Plasma Astrophysics, ed. A. Bonanno, E. de Gouveia dal Pino and A. Kosoviche

Influence of Magnetic Helicity in MHD

Observations have shown that the Sun's magnetic field has helical structures. The helicity content in magnetic field configurations is a crucial constraint on the dynamical evolution of the system. Since helicity is connected with the number of links we investigate configurations with interlocked magnetic flux rings and one with unlinked rings. It turns out that it is not the linking of the tubes which affects the magnetic field decay, but the content of magnetic helicity.Comment: 2 pages, 3 figures, proceedings of IAU Symp. 271, Astrophysical Dynamics: from Stars to Galaxies, ed. N. Brummell and A.S. Brun, CU

Magnetic field decay of three interlocked flux rings with zero linking number

The resistive decay of chains of three interlocked magnetic flux rings is considered. Depending on the relative orientation of the magnetic field in the three rings, the late-time decay can be either fast or slow. Thus, the qualitative degree of tangledness is less important than the actual value of the linking number or, equivalently, the net magnetic helicity. Our results do not suggest that invariants of higher order than that of the magnetic helicity need to be considered to characterize the decay of the field.Comment: 7 pages, 10 figure

Analisi termica di un sistema zero boil-off per lo stoccaggio di propellenti liquidi criogenici in sistemi di propulsione a razzo

I razzi a propellenti liquidi criogenici rappresentano una valida alternativa per le future missioni spaziali interplanetarie, con e senza equipaggio umano, dal momento che, rispetto alle altre tipologie di razzi chimici, forniscono i più alti valori di impulso specifico mentre, rispetto ai razzi elettrici, forniscono valori di spinta molto più alti. Tuttavia, questa tipologia di missioni spaziali è caratterizzata dal fatto che i propellenti che alimentano il sistema propulsivo devono rimanere stoccati nei serbatoi per lunghi periodi di tempo prima di poter essere utilizzati e ciò costituisce un limite all’utilizzo dei propellenti criogenici, poiché gli attuali serbatoi e le attuali tecniche di stoccaggio permettono di stoccare tali propellenti per periodi di tempo non superiori ad un paio di settimane. Infatti, l’inevitabile assorbimento di calore dall’ambiente esterno e la bassa temperatura di ebollizione di questi propellenti provoca la loro continua evaporazione con conseguente perdita di massa di propellente; tale fenomeno è noto come boil-off. Da anni le varie Agenzie spaziali e le Aziende private stanno lavorando al fine di sviluppare opportune tecnologie che permettano di poter stoccare un propellente criogenico, o in generale un liquido criogenico, per lungo periodo di tempo azzerando la sua velocità di evaporazione; tali sistemi sono noti come sistemi zero boil-off, e si basano sulla simultanea applicazione di sistemi di controllo termici passivi ed attivi. In questo contesto si inserisce il progetto Zero Boil-off Propulsion System Feasibility Demonstration; si tratta di un progetto sviluppato dall’ESA e affidato all’Azienda italiana ALTA, in qualità di Prime- Contractor, e all’Azienda francese Absolute System, in qualità di Sub-Contractor. Il progetto prevede la realizzazione in scala di un serbatoio per lo stoccaggio di propellenti criogenici e dei relativi sistemi di controllo termici attivi e passivi, che consentano lo stoccaggio del propellente senza che ci sia perdita di massa dovuta al boil-off e la sua validazione in un ambiente avente le tipiche caratteristiche dell’ambiente spaziale; pertanto il test deve essere eseguito in una delle camere a vuoto installate presso i laboratori di ALTA. Il presente lavoro di tesi, svolto presso ALTA, ha riguardato l’analisi termica del dimostratore in camera a vuoto. L’analisi termica è stata eseguita principalmente considerando la reale geometria e struttura del serbatoio scelta per il test, ovvero un serbatoio cilindrico a doppia parete (ovvero con la struttura interna di un vaso Dewar) e a fondi torosferici; il modello termico ricavato dall’analisi consente di prevedere il comportamento del dimostratore in camera a vuoto durante il test ed inoltre consente di verificare in maniera molto veloce come variano nel tempo le proprietà termodinamiche del propellente criogenico al variare dei vari parametri fisici e geometrici del sistema quali: l’emissività delle superfici, la conducibilità termica dei vari materiali, le dimensioni geometriche del serbatoio, le dimensioni geometriche della struttura di collegamento serbatoio-camera a vuoto e così via. Il modello termico ha permesso di realizzare un simulatore in ambiente Matlab che implementa il modello stesso; il simulatore sviluppato è stato denominato VCDT (Vacuum Chamber Dewar Tank). Hanno fatto parte del presente lavoro di tesi anche le seguenti attività: - una preliminare ricerca bibliografica circa lo stato dell’arte dei sistemi zero boil-off, sia in campo spaziale che in altri campi della tecnica; - l’analisi termica di configurazioni geometriche alternative: è stata eseguita l’analisi termica per un serbatoio cilindrico a due strati (ovvero un serbatoio costituito solo dalla parete più un isolante termico su di essa applicato) e per un serbatoio sferico a due strati. The cryogenic liquid propellant rockets represent a valid alternative for the future interplanetary space missions, with and without a human crew, because compared to the other types of chemical rockets, they provide the highest values of the specific impulse, while compared to the electric rockets, they provide thrust values much higher. However, this type of space missions is characterized by the fact that the propellants which feed the propulsion system must remain stored in the tanks for long periods of time before they can be used, and this constitutes a limit to the use of the cryogenic propellants, because the current tanks and the current storage techniques allow to store these propellants for periods of time not more than a couple of weeks. Indeed, the inevitable absorption of heat from the external environment and the low boiling temperature of these propellants causes their continuous evaporation with consequent loss of mass of propellant; this phenomenon is known as boil-off. For years the various Space Agencies and private Companies are working to develop appropriate technologies that allow to store a cryogenic propellant, or in general a cryogenic liquid, for a long period of time by resetting its evaporation rate; such systems are known as zero boil-off systems, and they are based on the simultaneous application of passive and active thermal control systems. This is the context in which it is inserted the project Zero Boil-off Propulsion System Feasibility Demonstration, a project developed by ESA and committed to the Italian Company ALTA, as Prime-Contractor, and to the French Company Absolute System, as Sub-Contractor. The project has as objective the construction of a scaled tank for the storage of cryogenic propellants, with the related active and passive thermal control systems, capable to store the propellant without loss of propellant mass due to the boil-off and its validation in an environment having the typical characteristics of the space environment, so the test must be performed in one of the vacuum chambers installed in the laboratories of ALTA. The present work, carried out at ALTA, concerned the thermal analysis of the demonstrator in the vacuum chamber. The thermal analysis was performed mainly considering the real geometry and real structure of the tank chosen for the test, that is a cylindrical tank with double wall (i.e. with the internal structure of a Dewar vessel) and with spherical bottoms; the thermal model derived from the analysis allows to predict the behavior of the demonstrator in the vacuum chamber during the test and also it allows to check, in very fast time, as the thermodynamic properties of cryogenic propellant change in time to the variation of the various physical and geometrical parameters of the system such as the emissivity of the surfaces , the thermal conductivity of the various materials, the geometric dimensions of the tank, the geometric dimensions of the structure that connects the tank to the vacuum chamber and so on. The thermal model has allowed to build a simulator in Matlab that it implements the model; the simulator developed is called VCDT (Vacuum Chamber Dewar Tank). The following activities have been part of this thesis: - a preliminary literature search about the state of the art of the zero boil-off systems , both in the space field and in the other fields of technology; - the thermal analysis of some alternative geometric configurations: the thermal analysis was performed for a cylindrical tank with two layers (i.e. a tank constituted only by the wall plus a thermal insulation applied on it) and for a spherical tank with two layers

On hope resistance

In this paper, I analyse our concept of resistance. I tell the difference between hope resistance and resistance tout court - the first figures out as a more basic phenomenon than the other. I specify the concept of hope resistance drawing upon the ontological and epistemological artillery of Bloch’s principle of hope. Accordingly, hope resistance is illustrated and explained through the concepts of possible futures, utopian function, anticipation and novumthat nowadays are crucial to the new philosophical field of future studies. I bring examples of hope resistance drawing upon the history of feminism and the fictitious world of science fiction and crime series, particularly Black Mirror, Utopia, and Money Heist

Modellazione numerica di una porzione dell'acquifero della Piana orientale di Lucca: implementazione, calibrazione e determinazione dei parametri sensibili

La Pianura di Lucca è sede di un importante acquifero che, proprio per la sua conformazione idrogeologica, in seguito all’espansione sia civile che industriale è stato oggetto di un massiccio aumento dei prelievi in falda. Ciò ha portato, oltre ad una crisi idrica, a fenomeni di subsidenza generalizzata e alla formazione di cavità nei comuni di Porcari e Capannori. La modellazione numerica a differenze finite dei flussi in falda può risultare uno strumento efficace per la programmazione di opere di intervento atte a mitigare e a risolvere tali problematiche. Questo lavoro è stato eseguito in collaborazione con la Dott.ssa Angela Sartelli che, con la sua tesi “Modellazione numerica di una porzione dell’acquifero della Piana orientale di Lucca: oscillazioni piezometriche recenti e scenari previsionali”, ha acquisito i dati propedeutici alla modellazione, mentre lo scopo di questo studio è stato quello di implementare e calibrare il modello numerico a differenze finite, attraverso l’utilizzo del software Visual ModFlow 4.2®, e di definirne i parametri sensibili, ovvero quei dati che maggiormente influiscono sull’evolversi della superficie piezometrica. Per implementare il modello sono stati raccolti ed elaborati i seguenti dati: carte topografiche per ricostruire la geomorfologia dell’area; dati stratigrafici e geologici; dati delle caratteristiche idrogeologiche dell’acquifero; dati relativi alla situazione idrografica; dati climatici; dati relativi ai quantitativi di acqua emunti; dati del livello piezometrico mensile (Dicembre 2007 – Ottobre 2008) misurati in 97 pozzi censiti. I dati geologici e idraulici dell’acquifero sono stati elaborati al fine di determinare un modello geologico e idrogeologico concettuale dell’area in esame. Sono poi stati valutati i quantitativi di pioggia precipitata mensilmente durante il periodo di rilevamento e, in seguito all’elaborazione dei dati termometrici, sono stati valutati i quantitativi di evapotraspirazione mensile. Successivamente il modello è stato calibrato attraverso la variazione per tentativi di errore di alcuni parametri di input più incerti, in modo da ottenere un errore minimo fra i livelli piezometrici calcolati dal modello e quelli misurati durante il rilevamento. La calibrazione ha permesso di identificare i parametri sensibili: quantitativi di ricarica meteorica ed estrazioni idriche per mezzo di pozzi. Infine, è stato esaminato il bilancio idrogeologico del modello numerico, dal quale si sono potute identificare le zone di maggiore ricarica e prelievo. Da ciò si è potuto osservare che la risorsa idrica rinnovabile si sta esaurendo o addirittura viene intaccata la riserva permanente a causa dei quantitativi eccessivi di pompaggi effettuati nella zona del Padule di Porcari