Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Monitoreo avanzado de equipos rotantes: bombas de agua de río
Get PDFEl presente informe de tesis contiene un análisis profundizado de las bombas del circuito terciario de la Central Nuclear Atucha II (CNAII). Este estudio constituye el trabajo final de la Carrera de Especialización en Aplicaciones Tecnológicas de la Energía Nuclear (CEATEN) del año 2021. Las condiciones de trabajo de las bombas del circuito terciario de CNAII son un caso particular de estudio debido a la posible cavitación de las mismas por una bajante en la cota de agua del Río Paraná, donde estas están instaladas.
El objetivo de este trabajo es generar conocimientos que serán utilizados para evitar que las bombas entren en una condición de cavitación durante su funcionamiento.
Este documento es parte de la aplicación del mantenimiento predictivo en equipos de alta disponibilidad, como lo son estas bombas, en donde el estudio y registro de las vibraciones sirve para predecir comportamientos anormales y fallas en equipos rotantes
Estudio y modelado de los procesos de difusión del H en aleaciones base Circonio utilizando imágenes con neutrones
Get PDFEn la actualidad, la mayoría de los reactores nucleares en operación utilizan aleaciones base Zr en vainas de elementos combustibles, tubos de presión y tubos de calandria debido a la excelente combinación de propiedades neutrónicas y mecánicas que poseen.
Durante la operación normal de un reactor de potencia, los componentes internos están sometidos a altas presiones y temperaturas por lo que en las zonas en contacto con el refrigerante, que puede ser agua liviana o agua pesada, se producen procesos de oxidación, originando el ingreso de hidrógeno (H) dentro del material lo que puede llevar a un proceso de fragilización por H. En particular, las aleaciones de Zr se ven afectadas por la fractura diferida por hidruros o DHC (Delayed Hydride Cracking). Por lo tanto, un aspecto importante a conocer en estos materiales es la velocidad de migración del H a las temperaturas de servicio, lo que está directamente relacionado con su coeficiente de difusión.
Debido a que el H presenta una atenuación varias veces mayor que el Zr frente a los neutrones fríos, los cambios en la transmisión de neutrones en una muestra de espesor constante pueden utilizarse para determinar la concentración de H en el material. Por ello la técnica de imágenes con neutrones o neurografía se presenta como una técnica adecuada para estudiar los procesos de redistribución de H dentro de estos materiales.
En este trabajo se estudió la difusión de H en aleaciones de Zr de uso nuclear utilizando la técnica de imágenes con neutrones con la realización de tratamientos térmicos in − situ dentro del haz de neutrones. Se estudiaron muestras de Zr-2,5%Nb (% en peso), con diferentes microestructuras y tratamientos termomecánicos, y Zircaloy-2. Los experimentos se realizaron en la instalación de ANTARES del reactor FRM II, en Garching, Alemania, en los que se obtuvo una resolución espacial lineal de 35 μm y una sensibilidad de 10 ppm de H. Estos permitieron determinar la evolución temporal de los perfiles de contenido de H dentro de la muestra a las temperaturas del tratamiento térmico y los parámetros para cuantificarlos. Mediante dichos perfiles se obtuvieron también los coeficientes de difusión, cuya evolución temporal y dependencia con la temperatura del ensayo se analizó.
Estos estudios permitieron analizar los procesos dinámicos relacionados con la redistribución de H en el material dada por un gradiente de concentración en este durante el tratamiento térmico, eventos que no pueden analizarse mediante estudios off −situ.
Se estudió también el efecto de un gradiente de temperatura en la difusión del H en muestras de Zircaloy-2 con contenido inicial de H constante y se simuló el fenómeno de redistribución de H debido a dicho gradiente utilizando un modelo de solución de la ecuación de difusión con condiciones variables de T y solubilidad en cada punto. Se obtuvieron los perfiles de H correspondientes para las concentraciones iniciales y tiempo de evolución de los experimentos realizados
Propiedades estadísticas de redes de parentesco
Get PDFImplementando un modelo para generar poblaciones, se armaron redes con los parentescos entre los miembros de dichas sociedades, y se analizaron sus propiedades estructurales. El modelo crea una población de padres y una de hijos, y se estudian distintos modos de asignar hijos a los padres, así como los tamaños de ambos grupos generacionales. En las poblaciones de hijos creadas se establecen matrimonios entre ellos al azar, formando parejas monógamas, heterosexuales e impidiendo el matrimonio entre hermanos. Se armaron redes formadas por los hombres de la población de hijos, enlazándolos con sus hermanos y cuñados del mismo sexo, tanto cónyuges de sus hermanas como hermanos de su cónyuge y se calcularon su propiedades estructurales, siendo comparados los resultados con los obtenidos para versiones aleatorizadas de las redes de parentesco con igual distribución de grados. Fueron analizadas dos bases de datos de poblaciones reales, con las que se construyeron redes de parentesco en las que no se contaba con la información del sexo de los nodos y por tanto las redes se armaron eligiendo a todas las personas, enlazándolas con sus hermanos y cónyuges. Algunas propiedades de las redes construidas con el modelo mostraron similitud con la de redes reales, pero otras como la distribución de hijos por persona marcan diferencias importantes entre ambos tipos de redes. Debido a esto, fueron estudiadas redes generadas con distribuciones de hijos por persona calculadas de las bases de datos, presentando resultados compatibles con los obtenidos directamente en las redes reales. Se estudiaron también redes generadas con una distribución exponencial, más similares a las de las redes reales. En todos los casos, las redes de parentesco resultaron ser menos cohesivas que las aleatorias, presentando altos valores de los coeficientes de agrupamiento (local, global y medio), así como asortatividad positiva y alta. Las redes en poblaciones de tamaño variable presentaron una transición en la cual se forma una componente gigante. Esto se evidenció como el centro de un pico en las curvas de distancia media entre los nodos de la componente más grande de la red en función del factor de crecimiento poblacional
Detección de eventos preaccidentales a partir de análisis innovadores de la señal ΔP de núcleo de reactor RA-6
Get PDFEl reactor nuclear RA6 posee un sistema de seguridad que mide el cambio en la presión del refrigerante al atravesar el núcleo (ΔP de núcleo). El canal de activación asociado permite proteger al reactor de eventos de taponamiento de elementos combustibles, eventos de bypass de núcleo y de eventos de incorrecta configuración de núcleo. Este canal de ΔP de núcleo posee asociado otro canal que mide la derivada de dicha magnitud, es decir, la tasa de ΔP de núcleo. Se vio [6] que este canal, por la rapidez inherente a la tasa, puede resultar útil para detectar eventos de taponamiento de elementos combustibles, para los cuales el canal de nivel de ΔP posee una resolución limitada. En este trabajo se estudiara la tasa de ΔP de núcleo, se analizarán las correspondiente señales de eventos de taponamiento, se optimizara el procesamiento de señal y la configuración de detección de eventos, maximizando a la vez la capacidad de detección, la velocidad de detección y la resistencia a disparo espurio del canal. En base a esto se sugerirá una configuración del canal de activación para una posterior implementación en el reactor. Además, se presentara el desempeño de dicha configuración en la detección de eventos de taponamiento de elementos combustibles
Análisis de metodologías para generar modelos Monte Carlo a partir de planos mecánicos
Get PDFEn el presente trabajo se analizaron los diferentes métodos disponibles para generar modelos Monte Carlo a partir de planos mecánicos digitales. En particular, se estudió la generación de las geometrías como input para el código OpenMC a través de dos métodos. El primero consiste en generar la geometría a partir de la técnica CSG a través de la API en Python de OpenMC,
mientras que el segundo consiste en utilizar directamente el modelo desde el plano mecánico a través de DAGMC-OpenMC.
En primer lugar, como parte del trabajo, se realizó una verificación y validación del método DAGMC-OpenMC utilizando dos problemas benchmarks. Posteriormente, se realizó una comparación entre el método tradicional con CSG y el método DAGMC, con modelos de geometrías simples. Se concluyó que la utilización del método DAGMC no representa una ventaja en lo que respecta a geometrías simples debido al aumento en el tiempo de cálculo.
Por otro lado, se realizaron simulaciones de modelos con geometrías más complejas. Estos modelos se simularon a través de DAGMC, ya que se dificulta su generación a través de CSG, mostrando las capacidades disponibles de este método. Se mostró la posibilidad de resolver problemas que requieran la generación de modelos complejos a través de este método. En algunos de estos modelos, debido a la presencia de materiales absorbentes, se aplicó un método global de reducción de varianza. Puntualmente, se aplicó el método de ventanas de peso basadas en el flujo las cuales se utilizaron en una malla no estructurada aplicada a la geometría simulada. Se presentan las ventajas y problemas del método DAGMC, con su respectivo análisis
Simulaciones masivamente paralelas de modelos de propagación epidemias e incendios
Get PDFSe estudió la propagación de frentes de onda gobernados por ecuaciones de reaccióndifusión en el marco del modelo SIR espacial. Dichos frentes de onda podrían utilizarse para caracterizar frentes de infección en una problemática epidemiológica o bien orientarse a una problemática completamente diferente como la de frentes de incendios.
Se definió una metodología estadística para la caracterización de los frentes de onda a partir de la cual se obtuvieron resultados cuantitativos respecto de la velocidad, la amplitud media, las propiedades geométricas e incluso la nocividad de los frentes sobre
diferentes medios homogéneos y heterogéneos. La heterogeneidad se introdujo en el modelo por medio de una tasa de transmisión espacialmente dependiente. En particular, se exploraron heterogeneidades desordenadas y correlacionadas a partir de lo cual pudo describirse cuantitativamente el efecto que tenía cada uno de ellas sobre las características del frente de infección.
Se realizaron simulaciones numéricas masivas para resolver el sistema de ecuaciones de reacción-difusión involucrado en la dinámica. Estas se implementaron de manera eficiente utilizando computación acelerada a través de programación en paralelo sobre
procesadores gráficos. De esta manera fue posible obtener resultados sobre sistemas a gran escala en tiempos razonables.
Encontramos una dependencia no trivial del umbral de propagación y la velocidad del frente con el desorden y observamos diferencias dependiendo del tipo de desorden involucrado. Estudiamos la dinámica de la rugosidad del frente de infección y determinamos que la misma cae en la clase de universalidad de KPZ (Kardar-Parisi-Zhang) de origen cinético
Implementación de modificaciones y cambios de diseño en la máquina de recambio de combustible
Get PDFSupresión de clutter en radares de búsqueda usando técnicas de aprendizaje automático
Get PDFEn este proyecto se desarrolló un método para etiquetar detecciones de radar como clutter o miembros de trayectorias, combinando métodos de agrupación con aprendizaje automático no supervisado y calculo de correlación espacio-temporal en grupos de
detecciones.
Se comenzó por estudiar los principios de radar y aprendizaje automático, llegando a implementar una cadena de procesamiento de señales de radar incluyendo técnicas monopulso. Utilizando datasets reales, se encontraron patrones de comportamiento en los dos tipos de detecciones y se definió un criterio de clasificación en base a los mismos.
Se estudiaron métodos publicados previamente y se validaron los resultados utilizando datasets simulados y reales, alcanzando desempeños similares a los observados en la literatura. El método desarrollado no requiere procesamiento de señales y puede aplicarse a cualquier dataset de detecciones donde se tenga información sobre la posición y el tiempo de llegada de cada detección.
Finalmente se adaptó el método desarrollado para funcionar en tiempo real y etiquetar cada nueva detección a medida
que es guardada
Mediciones de impedancia eléctrica espectral en células y desarrollo de un arreglo dual de amplificadores lock-in
Get PDFDurante la realización de este trabajo hemos estudiado la impedancia espectral de electrodos desnudos con respecto a la distancia entre microelectrodos tierra y microelectrodos excitados, observando que la resistencia y capacidad no cambian con la misma. Analizamos la impedancia espectral de distintos microelectrodos, desnudos y con células, observando muy buena repetitividad.
Desarrollamos un nuevo método para predecir y estimar el radio de sanación en función del tiempo mediante mediciones no intrusivas de impedancia eléctrica espectral. Aplicamos el modelo Mesoscópico sobre datos experimentales obtenidos por técnica ECIS durante ensayos de herida y cicatrización, pudiendo estimar el radio de sanación en función del tiempo. Al comparar los datos del radio cicatrizado obtenidos por este método con mediciones realizadas a partir de fotos al final del proceso de sanación, se observa un buen acuerdo entre ellos. Para estos ensayos cultivamos una monocapa confluente de células MDCK tipo II sobre un microelectrodo. Luego, sometimos sobre este sistema una corriente suficientemente alta para producir electroporación severa en las células, que se encuentran sobre la superficie del microelectrodo, y finalmente su muerte. Posteriormente se monitoreó la evolución del cultivo a través de su impedancia eléctrica espectral.
Aplicamos cuatro algoritmos de cálculo de dimensión fractal sobre la señal temporal de impedancia eléctrica de cultivos celulares MDCK tipo II normales monitoreados por técnica ECIS. Por ´estos se mostró que la dimensión fractal debida al micromovimiento permite discriminar procesos no sensados por la impedancia espectral del mismo. En este trabajo sometimos cultivos celulares a través de daño por radiación ionizante, daño por corriente eléctrica y exposición a fármacos para analizar los cambio en la estructura fractal de la señal temporal. Entre los cambios presentados y detectados en la estructura fractal se encuentra la diferenciación de una monocapa sana y una expuesta a un fármaco, como también la diferenciación entre un proceso de siembra y de cicatrización de herida realizada por corriente eléctrica. Los cuatro algoritmos utilizados fueron validados al aplicarlos sobre funciones topológicas de dimensión fractal conocida, estudio que determinó las condiciones necesarias para una correcta estimación al utilizar datos experimentales.
Desarrollamos y ensayamos con impedancias conocidas, un novedoso dispositivo de medición utilizando dos lock-in amplifiers, para excitar un sistema con dos frecuencias simultáneamente. Luego, empleando esta configuración para medir impedancias espectrales
de microelectrodos con y sin células. A partir de las mediciones de impedancia eléctrica calculamos la autocorrelación y correlación cruzada para señales, de resistencia y capacidad, realizadas con excitaciones de baja y alta frecuencia. Obtuvimos, en baja frecuencia, tiempos de correlación de 20 segundos y evidencia de ruido blanco en alta frecuencia. Simulamos numéricamente resultados del uso de dos lock-in’s y el efecto de implementar filtros de distintos órdenes.
Realizamos ensayos de radiosensibilidad sobre cultivos MDCK tipo II normales monitoreando el estado celular por técnica ECIS. En este trabajo irradiamos cultivos celulares en estado confluente administrando 5, 15 y 17 Gy en distintas ocasiones. No observamos cambios en los valores de impedancia espectral de las monocapas confluentes con respecto a cultivos no irradiados, indicando una conservación de la integridad de la célula. Es decir, ´estas no presentan muerte por apoptosis ni necrosis lo que implicaría un cambio en la impedancia espectral. En cambio, sí observamos un mayor transitorio en la formación de la monocapa celular de células irradiadas con respecto a células sanas, indicando pérdida de capacidad mitótica ante la radiación
Acoplamiento y optomecánica de condensados de polaritones excitónicos fuera de equilibrio
Get PDFEn esta tesis desarrollamos las bases teóricas y experimentales del problema de dos condensados de polaritones excitónicos acoplados, los cuales se ven sometidos a efectos optomecánicos que alteran fuertemente su dinámica. Si bien el acoplamiento de dos estados cuánticos macroscópicos se ha explorado en otras plataforma, como es el caso de las junturas Josephson superconductoras y los pares de condensados de Bose- Einstein de átomos fríos, los condensados de polaritones excitónicos representan, a diferencia de los dos últimos sistemas, un ejemplo de un sistema forzado-disipativo (driven-dissipative), lo cual abre todo un espectro de problemas no-Hermıticos con características cualitativamente diferentes. Además, estos sistemas de polaritones acoplados han evidenciado fenómenos de auto-oscilación mecánica lo cual genera un puente con la optomecánica en cavidades. Aprovechando este fenómeno, desarrollamos cómo el acoplamiento optomecánico provee una manera novedosa de modular de manera armónica y auto-consistente la energía de acoplamiento, J(t), entre dos condensados de polaritones.
Estudiamos este problema en dos contextos diferentes, el primero se trata de la interacción entre las dos proyecciones de pseudoespın de un condensado. Observamos experimentalmente un desdoblamiento del estado fundamental de una trampa aislada en dos líneas de emisión con polarizaciones diferentes, cuya separación es igual a la energía del fanón fundamental de la cavidad (ν_0 ∼ 20 GHz). Proponemos así un mecanismo de acoplamiento optomec´anico entre ambas proyecciones de pseudoespın que resulta en una energía de acoplamiento efectiva J(t) ∝ cos (2πν_0t), la cual puede dar una explicación plausible a por qué se fija la energía relativa entre ambos estados a la energía del fanón. Además, mediante mediciones de interferometría resuelta espectralmente, observamos una dinámica temporal oscilatoria entre las ocupaciones de cada estado de pseudoespin inducido por la onda mecánica. De esta manera, la observación del desoblamiento en pseudoespın a 20 GHz es una manifestación de que el sistema de polaritones evoluciona forzando una auto-oscilación mecánica coherente.
El segundo caso de estudio es el de un par de trampas que se acoplan vía tuneleo de partículas entre ellas. Realizamos dos experimentos diferentes, en el primero estudiamos dos trampas de 2 μm de lado separadas 2 μm, para el cual estimamos que la frecuencia de tuneleo es bastante menor a la frecuencia de los fonones (J ≪ hν_0). Observamos que los modos fundamentales de ambas trampas, bajos ciertas condiciones, entran en un estado de locking optomec´anico donde se fija su energía relativa a la energía de la modulación inducida por el acoplamiento optomec´anico en J(t). Entendemos a este proceso como uno de segundo orden de fonones, donde los polaritones transicionan de una trampa a la otra emitiendo un fanón fundamental y otro del segundo armónico. También demostramos que la energía de locking se renormaliza al aumentar la potencia de excitación en el sistema. En el segundo experimento, estudiamos dos trampas de 4 μm de lado separadas 1 μm, para el cual estimamos que la frecuencia de tuneleo directo entre trampas es del orden de la frecuencia de los fonones (J ∼ hν_0). Vemos que cuando la energía entre los estados fundamentales de ambas trampas se aproxima a la energía del fanón de cavidad, hay un crecimiento drástico en la corriente de polaritones desde la trampa de mayor energía a la de menor energía, como sucede en las resonancias de Shapiro cuando se irradian junturas Josephson con radiofrecuencias. Además de esto, también observamos locking optomec´anico pero a través de un proceso de primer orden de fonones en vez de segundo, debido al mayor solapamiento entre los estados de trampa respecto al experimento anterior