Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Diseño de plataforma de testeo para celdas de combustibles de óxido sólido
Get PDFLas particularidades de las distintas áreas de investigación hace que muchas veces los investigadores deban desarrollar sus propios equipos de medición y testeo. Una de las opciones más elegidas por los investigadores para implementar dichos equipos es el uso de sistemas de adquisición de datos (DAQ) comerciales, como los ofrecidos por la empresa National Instruments (NI). Si bien estos sistemas son relativamente fáciles de programar y de implementar, requieren el uso de software propietario y su costo es muy elevado lo que limita su accesibilidad. Por lo tanto, la búsqueda de alternativas que puedan ofrecer prestaciones similares a bajo costo es muy necesaria sobre todo en el contexto económico en el cual se desarrollan generalmente nuestros proyectos de investigación.
Actualmente, el Dpto. de Caracterización de Materiales de la CNEA, en el cuál se desarrollo esta tesis, está desarrollando un proyecto que tiene como objetivo la construcción de una plataforma de testeo para caracterizar stacks de pilas de combustible de oxido sólido (SOFC). Las pilas SOFC son dispositivos capaces de generar corriente eléctrica a partir de una reacción electroquímica. La temperatura de operación típica de las SOFC varía entre 700°C y 1000°C y los gases con los que pueden funcionar son: hidrógeno, metano, gas natural, biogás y gases reformados como combustibles y oxígeno o aire como comburente. La plataforma cuenta con un horno capaz de alcanzar el rango de temperatura de operación de las pilas, un sistema de tuberías de acero inoxidable para el transporte de los gases y un sistema que permita controlar y medir los flujos de los diferentes gases, la humedad relativa de los mismos, la temperatura a la que ingresan a la pila y las presiones a la salida. Además, cuenta con una carga electrónica para realizar la caracterización del rendimiento y eficiencia eléctrica.
En esta tesis se desarrollo un sistema para la supervisión, control y adquisición de datos para una plataforma de testeo de celdas de oxido sólido. Se seleccionó el hardware para control y adquisición de señales y se desarrolló el software para el control del hardware y para la adquisición, tratamiento y visualización de datos cumpliendo con los requerimientos técnicos y funcionales de la plataforma de testeo.
Por ultimo, se diseñó y fabricó un stack monocelda para celdas cuadradas de 5 cm x 5 cm de los materiales más comúnmente usados en la fabricación de SOFC. Según nuestro conocimiento, esta es la primera vez que se intenta fabricar celdas de combustible y un stack monocelda de este tamaño en nuestro país
Termometría óptica en la microescala mediante nanosondas luminiscentes de tipo upconversión
Get PDFLa termometría luminiscente basada en iones trivalentes de lantánidos (Ln"3+) se ha convertido en una técnica popular durante la ultima década debido a su versatilidad, estabilidad, alta e- ciencia cuántica de emisión y su amplio rango espectral, cubriendo desde el ultravioleta hasta el infrarrojo. Este método permite medir con resoluciones espaciales y temporales que resultan inaccesibles para la termometría convencional, así como con una alta sensibilidad térmica relativa (~2%K"-1). En este trabajo se presenta el desarrollo de una plataforma robotizada para termometría óptica que utiliza nanopartículas de tipo upconversion (como sondas) de diámetros entre 10 nm y 300 nm, sintetizadas en la Sala Limpia perteneciente al Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (INN) dentro del Centro Atómico San Carlos de Bariloche. Esta plataforma utiliza placas electrónicas de hardware Arduino que controlan diversos sensores y motores a través de una serie de rutinas interactivas escritas en Python. También cuenta con sistemas ópticos adaptados tanto para la emisión de la luz como para la colección de la misma por una fibra óptica hacia un espectrómetro USB. Se estudia principalmente la calibración térmica de las nanopartículas, su respuesta temporal en ciclos de calentamiento/enfriamiento en comparación a un termómetro externo de referencia, su resolución en temperatura y espacio-temporal en secuencias de barrido, y sus aplicaciones directas a sistemas de estudio diferentes, cuyos efectos térmicos resultan novedosos y son inaccesibles a través de otros métodos. Se realizaron pruebas para mejorar considerablemente la sensibilidad de estos nanotermometros, se trabajó en un diseño para un sensor térmico a partir de una fibra óptica con recubrimiento de nanopartículas, y se estudió una configuración posible mezclando las nanopartículas en cuestión con nanoestrellas de oro para medir en el futuro cultivos celulares in-vitro (Astrocitos), cuyos efectos de disipación térmica resultan desconocidos. La plataforma desarrollada posee una resolución en temperatura de (0,79 ± 0,01) K, una espacial de (1,0 ± 0,1) μm y una temporal de (0,44 ± 0,02) s
Desarrollo de esponjas con memoria de forma por métodos de pulvimetalurgia
Get PDFSe desarrolló un método para fabricar por pulvimetalurgia metales porosos de aleación de CuAlNi con memoria de forma. Se utilizaron diversas técnicas para caracterizar el material.
Las muestras fueron fabricadas por pulvimetalurgia con espaciadores. Se partió de los polvos puros de cobre, aluminio y níquel, mezclándolos con bicarbonato de amonio, material utilizado para la formación de poros. Se fabricaron muestras de distintas porosidades variando la cantidad de espaciador utilizado.
Se utilizaron las siguientes técnicas de caracterización de materiales: difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido (SEM), calorimetría diferencial de barrido (DSC), microtomografía de rayos X y ensayos mecánicos en compresión uniaxial a diversas temperaturas.
A partir de los difractogramas de rayos X se determinó que las muestran presentan las fases martensíticas 2H y 18R a temperatura ambiente. Con las imágenes de SEM se midió el tamaño de grano, se determinó la morfología de la microestructura, y se realizaron análisis EDS para determinar la composición. Esto permitió determinar la morfología optima de los polvos metálicos para la obtención de la fase deseada. Las temperaturas de transformación austenita - martensita directa e inversa fueron medidas con DSC. El análisis de imágenes tomográficas permitió determinar la porosidad total e interconectada de las muestras, además del tamaño y distribución de poros. En los ensayos mecánicos se vio que el material posee buenas propiedades de memoria de forma, y se midió la recuperación de altura luego de un tratamiento térmico. Además se estudió el efecto de la porosidad en las curvas tensión - deformación. En los ensayos mecánicos a alta temperatura se observó el comportamiento pseudoelástico. Las muestras presentan buenas propiedades de absorción de energía
Modelo epidemiológicos de COVID-19 : simulaciones computacionales, estadísticas bayesiana y técnicas de aprendizaje automático
Get PDFEn este trabajo, se estudiaron características de la propagación y predicción de casos del virus SARS-COV-2 en la República Argentina, utilizando datos de casos confirmados en el país durante el año 2020 provistos por el Ministerio de Salud. Para ello, se introdujeron herramientas previamente desarrolladas en la bibliografía, como el número reproductivo empírico y los diagramas de riesgo. En particular, se observó y analizó la tendencia del número reproductivo empírico a tomar valores en torno a la unidad.
Por otra parte, se optimizó el calculo de un número reproductivo empírico a partir del diseño y entrenamiento de redes neuronales artificiales. Adicionalmente, se estudió la posibilidad de reproducir características de la propagación del SARS-COV-2 utilizando modelos del tipo susceptible-infectado-recuperado (SIR) en su versión de campo medio. Se propusieron nuevos modelos modificados para contemplar la reacción social a la cantidad de casos. Esto permitió entender cualitativamente la evolución temporal de casos en algunas localidades en estudio, aunque no totalmente.
Por ello, se estudió la propagación interprovincial de la enfermedad introduciendo el uso de las correlaciones con lag y se estudiaron varias propiedades de estas cantidades. Entre ellas, se encontró que las provincias como Buenos Aires y CABA, que lideran la dinámica epidémica, se caracterizan por tener correlaciones bajas y lags absolutos grandes. Adicionalmente, las provincias del Noroeste también se destacan como jurisdicciones con tendencia a lideran el brote epidémico. Finalmente, para explicar estas observaciones, se proponen diferentes modelos tipo SIR metapoblacionales de subpoblaciones conectadas por una matriz de conectividad. Se exploran estos modelos para asociarlos a las observaciones reales y se realizan para todos ellos los ajustes correspondientes. El modelo que mejor se ajusta a los datos corresponde a un modelo con tasas de contagio diferentes para cada una de las provincias, conectadas entre ellas por una matriz dependiente tanto de sus poblaciones conjuntas como de la distancia entre ellas
Efecto casimir estático y dinámico en espejos imperfectos
Get PDFEl efecto Casimir es una de las más importantes consecuencias macroscópicas de las fluctuaciones del vacío cuántico. Su formulación original o efecto Casimir estático, consiste de dos placas paralelas infinitas, perfectamente conductoras y eléctricamente neutras, entre las cuales surge una fuerza atractiva, no predicha clásicamente, como consecuencia de las condiciones de contorno que imponen sobre el vacío. En la versión dinámica del efecto, estas condiciones varían con el tiempo y pueden inducir una transferencia de energía tal que dé lugar a la creación de partículas reales (fotones).
En esta Tesis, exponemos resultados acerca de la investigación realizada sobre diferentes modelos en los que se manifiestan el efecto Casimir estático y el dinámico, empleando descripciones que tengan en cuenta los grados de libertad microscópicos o “materiales” de las placas, con el objetivo de representar situaciones más realistas. Representamos la interacción entre el campo electromagnético de vacío y estos “espejos imperfectos” a través de la acción efectiva, en lugar de suponer condiciones de contorno ideales. Obtenemos expresiones generales de las cantidades físicas relevantes para casos con diferentes geometrías, considerando medios conductores y dieléctricos, y con especial énfasis en la aplicación de las mismas a ejemplos que involucran materiales planares, incluyendo efectos como ruptura de paridad
Implantación de K en el superconductor FeSe como medio de aumento de la temperatura crítica superconductora
Get PDFEn este trabajo se propone la implantación de potasio por irradiación en monocristales de β-FeSe y posterior recocido como un método novedoso de producción del compuesto K_xFe_2−ySe_2.
A partir de mediciones de magnetización en función del campo y de la temperatura, se caracterizaron las temperaturas críticas T_c, las densidades de corrientes críticas superconductoras J_c y los campos magnéticos H_c1 correspondientes a la penetración de vórtices en el sistema. Se analizaron las diferencias entre las distintas etapas de la muestra: antes de irradiar, después de irradiar y luego del recocido. Se encontró que la implantación de K generó una señal diamagnética superconductora con una temperatura crítica T_cK. Si bien la Tc decrece por los daños de la irradiación, este valor, al igual que T_cK, aumenta con el recocido con respecto al estado prístino.
Se vio que se empobrecen las propiedades superconductoras con un segundo recocido, entre ellos la intensidad de la señal magnética superconductora asociada a la presencia de potasio decae de 0.5% al 0.2% del primer al segundo recocido.
Se demostró que esta metodología genera un aumento en la T_c ∼8 K a ∼10 K, pero que además surge una segunda temperatura crítica T_cK entre 20 K y 45 K que concuerda con los valores reportados para K_xFe_2−ySe_2. Se comparó cómo decae la señal magnética superconductora de una curva de magnetización ZFC en función de la temperatura con un modelo realizado en este trabajo. Este modelo calculaba la proporción de muestra superconductora en función de la temperatura utilizando la distribución de potasio que se obtuvo utilizando el código SRIM.
La irradiación generó dislocaciones de átomos de hierro, entre otros daños estructurales, que generaron una señal magnética histerética la cual se intentó aislar de la magnetización superconductora. Se vio que se requieren modelos macroscópicos que analicen
la interacción entre el ferromagnetismo y el diamagnetismo superconductor para que el procedimiento sea más preciso. De todas formas se logró aislar la mayor parte de la señal superconductora.
De esta manera, a partir de las ramas superconductoras se pudo calcular la densidad de corriente crítica superconductora J_c utilizando el modelo de Bean. Se analizó la dependencia de J_c con la temperatura y de las etapas de la muestra. J_c mejora notablemente con el recocido, sin embargo decae luego de la irradiación y de un segundo recocido con respecto al estado prístino. También se observó que para temperaturas cada vez más altas, como en ∼7 K, la señal ferromagnética predominaba frente a la señal diamagnética superconductora, lo que implicaría un mal cálculo de J_c si no se hubiesen separado estas señales magnéticas.
Como se mencionó anteriormente, se caracterizó el campo crítico H_c1 de la muestra en función de la temperatura. Se vio que su valor aumenta luego de la implantación de potasio y prácticamente se mantiene con los recocidos.
También se realizó una caracterización estructural y composicional, utilizando las técnicas de difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) junto con espectros de dispersión de energía (EDS), microscopía de fuerza atómica (AFM) y espectroscopía Raman. La XRD fue una medición de bulto que permitió ver el desorden generado por la implantación de K, complementando lo visto en el magnetómetro.
En el SEM se observó que la irradiación generó fragilidad sobre la zona irradiada y permitió detectar la presencia de potasio. Por otro lado, en AFM se mostró que la irradiación generó una mayor rugosidad en las muestras. Por último, se reportan las mediciones preliminares de espectroscopía Raman
Utilización de tecnologías de irradiación limpias para remediación ambiental: revisión bibliográfica y principales hallazgos
Get PDFEn el presente trabajo se realizó una revisión bibliográfica sobre las diferentes industrias que apostaron por las tecnologías de irradiación como tratamiento de efluentes y en base a ello se realizó una propuesta de una planta que sería posible implementar dentro del territorio argentino aprovechando los recursos y capacidades disponibles.
Se estudiaron las aplicaciones tanto en efluentes líquidos, lodos y gaseosos; en industrias comerciales y de servicios. Existen registros de que países como Alemania, China, India, Rusia y Polonia utilizan esta tecnología desde los años 70. Se observó también que las empresas que optan por este tipo de tecnología, las usan en complemento con otras tradicionales para mejorar la eficiencia del proceso.
Basándose en las experiencias previas de otras empresas y en las necesidades de la Cuenca Matanza Riachuelo, considerando la tecnología y recursos disponibles en el país se propuso la instalación de una planta de irradiación de lodos provenientes de las plantas de tratamiento de efluentes municipales.
La planta de irradiación sería de CLASE I, diseñada en el país, y utilizaría fuentes de cobalto-60 reutilizadas de otras empresas para aprovechar la actividad remanente de las fuentes que han cumplido su primer ciclo de vida. Las fuentes que permiten reciclar el cobralto-60 han sido diseñadas, construidas y ensayadas por Dioxitek y aprobadas por la ARN, y se caracterizan por tener un menor costo que las fuentes fabricadas con cobalto fresco. Al finalizar la irradiación de los lodos se adicionaría una solución de nitrato de amonio al 60%, proveniente de la planta de producción de dióxido de uranio de la planta de Córdoba de Dioxitek. Este producto final de lodo irradiado más nitrato de amonio, por su alto contenido de materia orgánica y nitrógeno, resulta ideal para ser utilizado como fertilizante.
El Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sustentable del país aprobó la “Norma técnica para el manejo sustentable de barros y biosólidos generados en plantas depuradoras de efluentes líquidos cloacales y mixtos cloacales-industriales” que establece los criterios para el manejo, tratamiento, utilización, disposición o eliminación de los barros o biosólidos resultantes de las diferentes operaciones unitarias que realicen plantas depuradoras de efluentes líquidos cloacales y mixtos, para asegurar una gestión sustentable de los mismos. En esta norma se clasifican a los lodos irradiados como “Biosólidos de clase A” y establece formas de uso de los mismos, entre ellas, se permite la elaboración de abonos que es el objetivo final del trabajo.
Las grandes ventajas de este proyecto incluyen: la generación de un subproducto aprovechable a partir de efluentes municipales, el aprovechamiento de un producto secundario de la planta de Dioxitek (Córdoba), y finalmente, la contribución directa e indirecta con al menos 10 de los 17 los Objetivos de Desarrollo Sostenible
Optimización de algoritmos de estimación de densidades para el cálculo de haces de neutrones y fotones
Get PDFEn el presente trabajo se optimizaron los algoritmos de estimación de densidades implementados en la herramienta computacional, KDSource. El objetivo consiste en variaciones en las metodologías de generación de fuentes distribucionales de radiación mediante la utilización de algoritmos de KDE, utilizando particularmente una función kernel del tipo Epanechnikov y coordenadas espaciales cilíndricas como sistema de referencia de las partículas.
Se realizó un primer desarrollo independiente, utilizando como caso de estudio el acelerador lineal LINAC. Se obtuvieron resultados satisfactorios en comparación con la metodología ya existente, la cual consiste en la utilización de kernel gaussiano y sistema de referencia cartesiano. En base a esta comparación se agregaron estas modificaciones a la herramienta de cálculo, para finalmente realizar una validación del código con datos experimentales tomados de la facilidad de neurografía del reactor de investigación RA-6. Los resultados de la validación son satisfactorios comparados a los datos experimentales.
Se concluyó entonces que la optimización de cambio de kernel realizada en el código fue efectiva para el cálculo de haces de radiación. Asimismo, el uso de coordenadas espaciales cilíndricas fue satisfactorio en dispositivos con ese tipo de geometrías
Modelos de higgs compuesto para física de sabor y anomalías de mesones B
Get PDFLos modelos de Higgs Compuesto, donde una teoría de campos fuertemente interactuante genera al Higgs como un pseudo bosón de Nambu-Goldstone, son capaces de resolver el Problema de la Jerarquía de la escala electrodébil, así como proveer una explicación para el problema de la pequeña jerarquía, naturalmente ubicando la escala de nueva físico en unos pocos TeV. En estos modelos la estructura de sabor emerge a bajas energías, teniendo potencialmente un impacto grande en la física de sabor. En la presente tesis exploramos la habilidad de los modelos de Higgs Compuesto para explicar un conjunto de desviaciones en decaimientos de mesones B medidas recientemente en diversos experimentos, así como nuevos escenarios compatibles con resonancias a la escala TeV. Consideramos la descripción efectiva de estas teorías, determinada por el patrón de ruptura de simetrías y trabajamos con los primeros niveles de resonancias.
Las llamadas anomalías de la física del B son un conjunto de mediciones experimentales expresadas en términos de cocientes de decaimientos de mesones B que, estando en tensión con la predicción del Modelo Estándar, podrían indicar la existencia de nueva física a la escala del TeV. Asimismo, como requieren nueva física mayormente acoplada a la tercera generación de fermiones, resulta natural buscar una explicación común de las anomalías-B junto con el Problema de la Jerarquía con modelos de Higgs compuesto. Proponemos y exploramos diversos modelos que contienen leptoquarks compuestos que pueden proveer los operadores apropiados para explicar las anomalías. Eligiendo el patrón de ruptura de simetría global obtenemos: un modelo con un leptoquark escalar S_3, un modelo con dos leptoquarks escalares, S_1 y S_3, y un modelo con un leptoquark vectorial U_1. Si bien el modelo con S_3 no es capaz de explicar simultáneamente todas las anomalías-B, los otros dos modelos sí lo son. Mostramos como esto es naturalmente posible gracias a la estructura obtenida con acoplamientos anárquicos en el sector compuesto. Además obtenemos estados adicionales en el espectro de escalares: un cuadruplete de SU(2)_L que puede dar contribuciones a parámetros de precisión electrodébil, o un singlete del grupo de gauge del Modelo Estándar que puede ser un candidato a materia oscura. Calculamos el potencial que es generado dinámicamente, obteniendo las masas de los escalares, incluido el bosón de Higgs. Estudiamos los principales límites en cada modelo, donde encontramos cierta tensión, por ejemplo desviaciones en acoplamientos del bosón Z a quarks b o a neutrinos, así como en acoplamientos al bosón W, o desviaciones en decaimientos del τ .
En una dirección diferente, construimos un modelo de sabor que combina Froggatt- Nielsen con composición parcial. Estudiamos los diferentes límites dados por física de sabor, donde encontramos supresión con respecto a composición parcial anárquica para algunos de los más rigurosos: en la contribución de quiralidad mixta a la mezcla K"0− ¯K "0 y en operadores dipolares de quarks encontramos una supresión de una y dos potencias del ángulo de Cabibbo, λC, respectivamente
Implementación de tratamientos de radioterapia guiada por imágenes 4D mediante tomografía computada de haz cónico
Get PDFLos movimientos que afectan a órganos sanos y tejidos tumorales producto de los procesos fisiológicos normales, constituyen un gran desafío al momento de ejecutar un tratamiento de radioterapia. En particular, los movimientos respiratorios producen artefactos que degradan la calidad de las imágenes utilizadas durante la planificación y ejecución de tratamientos radiantes siendo necesario implementar alguna estrategia para su abordaje principalmente en pacientes con cáncer de pulmón.
El presente trabajo tuvo como objetivo principal implementar la técnica de radioterapia 4D incorporando imágenes tomográficas 4D para la planificación y ejecución de tratamientos. Para la adquisición de imágenes 4D de planificación se utilizó el tomógrafo GE Discovery CT590 RT y el dispositivo Varian RPM™ y para la obtención de imágenes intratratamiento 4D el módulo XVI® del acelerador lineal Elekta Synergy y la herramienta Symmetry® . Asimismo se analizó también el impacto del uso de otras técnicas de control de movimiento como las basadas en inhalación y exhalación, y el uso de dispositivos específicos de inmovilización tal como el compresor abdominal.
En una primera instancia, se llevaron a cabo pruebas con fantomas con el propósito de introducirse en el uso del equipamiento y procedimientos específicos, así como también de realizar una evaluación preliminar de la técnica en cuestión. Posteriormente, se llevó a cabo el flujo completo con un paciente real contemplando la adquisición y uso de imágenes 4D para la planificación y ejecución del tratamiento.
A partir de los resultados obtenidos se concluye que la herramienta Symmetry para la adquisición de imágenes tomográficas 4D intratratamiento es un instrumento útil para la verificación de los volúmenes de interés definidos previamente por el médico, favoreciendo la exactitud y precisión de los tratamientos brindados. Por otro lado, también se concluye que es posible implementar en el Servicio de Radioterapia de Fundación INTECNUS, considerando el equipamiento disponible, la técnica de Radioterapia 4D en forma completa abarcando todas las etapas desde la adquisición de imágenes de planificación hasta la ejecución del tratamiento