Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Utilización de diversidad de polarización en un radar pasivo
Get PDFDentro de los radares utilizados para vigilancia se encuentran los radares pasivos. Estos tienen particularidades interesantes: no emiten ningún tipo de radiación, sino que su funcionamiento se basa en el uso de alguna fuente de señales de radio ya existente como los servicios de radiodifusión o de televisión por aire. Esto hace que sean más eficiente y, además, que pasen desapercibidos.
Su principal inconveniente es la baja potencia que recibe de los blancos que se quiere detectar. Existen varias formas de atacar ese problema, siendo la más directa el uso de grandes tiempos de integración coherente. En general, para evitar efectos como la migración en celda, se evita el uso de tiempos muy largos. En este trabajo se intenta aprovechar otra forma de mejorar la sensibilidad: el uso de diversidad de polarización.
El objetivo del trabajo fue el estudio teórico y experimental de la utilización de la diversidad de polarización para mejorar la detección de blancos en un radar pasivo. En algunas circunstancias, cuando una onda electromagnética se refleja en objetos de formas complejas o con ciertas orientaciones respecto de los rayos, puede cambiar sustancialmente su polarización. Cuando esto ocurre, parte de la energía necesaria para la detección es perdida si el receptor no se adecúa para este escenario. Aquí se propone el uso de un par de antenas ortogonales capaces de captar la energía que pudo haberse distribuido en los distintos ejes de polarización.
La primera tarea del trabajo consistió en el estudio del funcionamiento de radares, particularmente los radares biestáticos. Se implementaron todas las etapas de procesamiento de señales de radar biestático creando una biblioteca en Python. Para la comprobación del correcto funcionamiento de la biblioteca, se recrearon algunas figuras de la bibliografía y se realizaron simulaciones. Además, se utilizó una base de datos de radar pasivo que fue útil para la validación de la cadena de procesamiento. Por otro lado, se realizó trabajo experimental. La primera etapa de este consistió de una caracterización del equipo a utilizar. Luego, se usaron los datos obtenidos para hacer predicciones del desempeño en la detección de blancos. Por ultimo, se adquirieron datos para su posterior procesamiento offline para la detección de diferentes blancos.
Con los datos obtenidos se pudo comprobar que efectivamente en ambas polarizaciones se recibían señales que, mediante una técnica adecuada, podían combinarse para obtener una mejora sobre la utilización de una sola polarización. Por lo tanto, el uso de la diversidad de polarización deriva en mejor detección, particularmente, se puede aprovechar hasta el doble de la potencia recibida en promedio (comparado con el uso tradicional con una sola antena de recepción). Como conclusión, se obtuvo en promedio una mejora de 0.9 dB en la SNR de la CAF comparado con la CAF de mejor caso para una polarización, y de 2.5 dB, con respecto a la CAF de peor caso en una polarización
Evaluación de herramienta automatizada para el control de calidad pretratamiento y dosimetría in vivo
Get PDFEn radioterapia, para lograr producir el máximo control posible del tumor y, a la vez, minimizar el riesgo de daño al tejido sano, es necesario tener un alto nivel de precisión en cada etapa del proceso. Para ello, debe establecerse un programa de garantía de calidad y definir tolerancias de aceptación para los errores en la dosis entregada. En las técnicas modernas de radioterapia de haz externo de intensidad modulada, son necesarios controles de calidad paciente específicos (PSQA) basados en mediciones para verificar la capacidad del equipo de tratamiento de entregar la fluencia planificada para cada campo irradiado. Para adquirir estas mediciones, cada vez más servicios hacen uso del dispositivo electrónico de imágenes portales (EPID) integrado en los aceleradores lineales modernos. Con los EPID pueden realizarse verificaciones tanto antes como durante el tratamiento, pero se requiere de software adicional para el procesamiento y análisis de las mediciones adquiridas. Uno de los sistemas que ofrecen esta solución es SunCHECKTM Patient (Sun Nuclear Corporation). En la presente tesis, se evalúa la plataforma mediante pruebas en condiciones controladas con fantomas y en una implementación clínica inicial para el monitoreo de planes aplicados sobre pacientes de la Fundación CEMENER. La herramienta demostró ser capaz de detectar errores debidos a cambios de espesor en el paciente, a variaciones en el posicionamiento y a la atenuación de objetos interpuestos en el haz. Se observó que su sensibilidad para detectar variaciones relacionadas con el paciente es mejor en campos irradiados con gantry fijo que en haces de arcoterapia. Durante el monitoreo de planes clínicos se encontraron errores que hubieran pasado inadvertidos de no ser por la plataforma. Por otro lado, se describieron algunas fallas relacionadas con la implementación del sistema en el servicio. La herramienta evaluada es novedosa y presenta diversos tipos de análisis. En esta primera experiencia de uso en el país, se obtuvieron resultados muy alentadores y se espera seguir avanzando hacia su implementación en la verificación rutinaria de los tratamientos entregados en el servicio
Hacia la implementación experimental de un protocolo de entrelazamiento en circuitos cuánticos superconductores
Get PDFEn este trabajo se dieron los primeros pasos hacia la implementación experimental de un protocolo para generar entrelazamiento entre dos qubits superconductores. El protocolo está basado en el empleo de interferometría de Landau-Zener-Stuckelberg (LZS) en un sistema de dos qubits acoplados mediante un resonador microondas. En función de este objetivo general, la tesis está dividida en dos partes: por un lado un trabajo de modelado y diseño, destinado a entender el protocolo y los parámetros más importantes. Por otro lado, una aspecto más experimental de diseño de resonadores microondas y de crecimientos de films superconductores para la fabricación de los circuitos.
En la primera parte de la tesis, discutimos los conceptos necesarios para entender el protocolo de generación de entralazamiento y presentamos resultados de simulaciones de interferometría LZS en diferentes casos. Las simulaciones se realizaron con parámetros
cercanos a los experimentales. En particular, adoptamos los parámetros típicos del fluxonium, un tipo de arquitectura de qubit de flujo basada en superinductores.
En la segunda parte avanzamos en el diseño de resonadores microondas, esenciales para el acoplamiento de los qubits y para la lectura del estado del sistema. Realizamos simulaciones de resonadores constituidos por líneas de transmisión coplanares utilizando
un software denominado SONNET. Obtuvimos los parámetros de diseño para fabricar resonadores λ/4 de frecuencia de resonancia variable en el rango de las microondas y de factor de calidad controlable. Ambas condiciones necesarias para el sistema de interés. Este es un primer resultado importante que se requiere para la fabricación. Respecto al crecimiento de películas delgadas de superconductores, fabricamos films de Al y de aluminio granular (AlGr) mediante sputtering. El AlGr se caracteriza por poseer una alta inductancia cinética, lo cual lo convierte en un candidato ideal para fabricar superinductores, con los que a su vez pueden implementarse fluxoniums. Fabrique muestras durante una pasantía en Francia en CEA-Saclay y habiendo aprendido el proceso lo implementamos en la Sala Limpia del Centro Atómico Bariloche. En la tesis mostramos los detalles del crecimiento de los films, presentamos una discusión de las propiedades de las muestras en función de los parámetros de control del proceso, como presión y concentración de oxígeno, y además presentamos un análisis preliminar de las estrategias para implementar circuitos mediante litografía y técnicas de microestructuración. Como un resultado importante de la tesis, logramos obtener muestras de aluminio granular con una temperatura crítica de transición superconductora superior a 2 K
Desarrollo de métodos variacionales para la optimización de fuentes de neutrones fríos
Get PDFEn este trabajo, desarrollamos teóricamente e implementamos computacionalmente técnicas de Monte Carlo para el cálculo de magnitudes adjuntas en moderadores criogénicos. Dichas magnitudes permiten establecer la contribución relativa de los diversos puntos del moderador a los efectos de proveer neutrones de una cierta calidad especificada. Por otro lado, se relacionan las mismas magnitudes con el principio variacional a primer orden asociado al cambio de forma del sistema moderador. Esto permite reconocer
el impacto que tendrá sobre la corriente de neutrones fríos un determinado cambio geométrico, en forma previa a su cálculo explícito.
Como resultado principal de nuestro estudio calculamos una magnitud adjunta Γ†v que, integrada en una región volumétrica cercana al borde del moderador, permite predecir con una exactitud del 3% el cambio que existirá en la corriente de neutrones de interés al remover dicha región, aún para cambios volumétricos considerables. Aplicando dicho concepto a una fuente fría cilíndrica de orthodeuterio de 21 litros, Γ†v revela una baja sensibilidad a los cambios geométricos cuando se comparan fuentes frías del mismo volumen, siempre y cuando su forma externa siga aproximadamente las curvas de nivel de dicha magnitud. Asimismo, Γ† v justifica −en ciertos casos− la incorporación de cavidades reentrantes adyacentes a la ventana de extracción, lo cual permite ganancias de hasta un 18%. Esta ventaja pudo ser extendida a volúmenes iniciales menores a través del agregado de hidrógeno. Por otro lado, se estudiaron diversos criterios de aceptación de neutrones, los cuales se incorporan mediante la condición de borde del problema adjunto. Se concluyó que, ante el requerimiento de neutrones con combinaciones ángulo-energía tales que permitan su transporte en una guía de neutrones, la optimización geométrica del moderador no depende del factor de calidad m de la guía. Contrariamente, al requerir sólo una energía máxima del neutrón, el volumen óptimo de moderador varía sensiblemente con dicha energía
1924-4 de junio-2022. Recordando a Jorge Alberto Sabato en el 98° Aniversario de su nacimiento
Get PDFEl Consejo Interuniversitario Nacional (CIN) estableció al 4 de junio, fecha del natalicio del Prof. Jorge A. Sabato, como el “Día de la vinculación tecnológica argentina”.
La Biblioteca Leo Falicov invito al Prof. Dr. Armando Fernández Guillermet para recordar a uno de los padres de nuestro desarrollo tecnológico y de nuestra sociedad. En esta nota el Dr. Fernández Guillermet realiza una sinopsis cronológica de la trayectoria multidimensional de Sabato.
…“Hombre de pensamiento y de acción, Sabato fue un intelectual público comprometido incansablemente con la educación, las ciencias, las tecnologías, la cultura democrática y la libertad”
Generación de entrelazamiento en circuitos de qubits superconductores y resonadores cuánticos
Get PDFEn este trabajo se realizo un estudio teórico y numérico de la generación de entrelazamiento mediante interferometra Landau-Zener-Stuckelberg (LZS) en arquitecturas de electrodinámica cuántica de circuitos (circuit-QED). Se estudiaron dos tipos de arquitecturas de dos qubits superconductores: una en la cual ambos qubits están acoplados a un resonador compartido y otra en la cual cada qubit esta acoplado a un resonador y además están acoplados de forma directa entre s. En ambos casos los qubits se someten a un forzado armónico y simétrico. Se estudio la dinámica para el régimen unitario en ambas arquitecturas y para el régimen disipativo en la arquitectura con un resonador.
Para estudiar el régimen unitario, se utilizaron aproximaciones de onda rotante (RWA) para reducir los Hamiltonianos de las arquitecturas correspondientes a Hamiltonianos efectivos diagonales en bloques, validos en el régimen resonante, donde las
frecuencias características de los qubits y los resonadores son similares. Para obtener resultados numéricos se utilizo el formalismo de Floquet y el método de diagonalización del operador evolución para calcular las correspondientes cuasienergías y autoestados de Floquet. Se estudio la dependencia de las poblaciones y concurrencia (una medida de entrelazamiento entre los qubits) como función de los parámetros del sistema y del forzado armónico sobre los qubits.
Para estudiar el régimen disipativo, se obtuvieron resultados numéricos usando la ecuación maestra de Floquet-Born-Markov con una RWA moderada aplicada, valida para acoplamiento suficientemente débil al ambiente. Se estudiaron las poblaciones y concurrencia del estado estacionario.
Se propusieron dos protocolos para generar estados máximamente entrelazados en la arquitectura de dos qubits acoplados a un resonador compartido. El primero es un método valido en el régimen unitario y consiste en inducir interferometría LZS de dos niveles entre un estado máximamente entrelazado y uno separable, deteniendo el forzado tras un tiempo adecuado. El segundo método hace uso de la disipación y aprovecha las resonancias unitarias inducidas por la asimetría de los acoplamientos qubit-resonador combinadas con procesos de perdida de fotones
Procesamiento estadísticos de señales en aplicaciones de radar meteorológico
Get PDFEl radar meteorológico es un sistema activo de sensado remoto que se utiliza para realizar alertas meteorológicas de corto plazo, contribuyendo a la prevención de pérdidas de indoles humanas y económicas. Su principio de funcionamiento consiste en transmitir energía en forma de ondas electromagnéticas y recibir parte de la energía reflejada por los fenómenos meteorológicos de interés. Dada la naturaleza aleatoria de la señal recibida, se utilizan técnicas de procesamiento estadístico para obtener información útil de los fenómenos meteorológicos bajo estudio. En particular, en los radares Doppler meteorológicos los parámetros de interés lo constituyen los tres momentos de menor orden del espectro de la señal: la potencia, la velocidad Doppler media, y el ancho espectral.
Una de las dificultades a tener en cuenta en los radares es que la señal de interés suele encontrarse obscurecida por reflexiones no deseadas, a las cuales se las denomina clutter. Existen diferentes fuentes de clutter, en el caso del radar meteorológico el clutter terrestre, debido a reflexiones producidas sobre el suelo y todo lo que allá se encuentra posee un impacto significativo sobre las estimaciones de los parámetros de interés, por lo que sus efectos se deben eliminar o reducir. Por otro lado, como en todo radar pulsado, el radar meteorológico presenta los problemas de ambigüedades en la determinación del rango y la velocidad Doppler. En el modo de operación convencional, es decir cuando se utiliza un único valor para el intervalo de repetición de pulsos (PRI), aumentar el rango no ambiguo implica disminuir la velocidad Doppler máxima no ambigua y viceversa. La solución más utilizada para lidiar con esta relación de compromiso es alternar el PRI, en general, entre dos valores, a lo que se denomina modo de operación staggered. En esta tesis se abordan los problemas del filtrado de clutter terrestre, la estimación de los momentos espectrales y la clasificanción de la composición de la señal recibida para el radar meteorológico Doppler. Se presentan soluciones tanto para el modo convencional de operación del radar, como para el modo de operación staggered. Inicialmente, se propone una corrección para el ancho espectral del clutter observado con el objetivo de mejorar el filtrado del mismo con aquellos algoritmos que realizan el procesamiento en el dominio del espectro. Posteriormente se introduce el algoritmo Gaussian Model Adaptive Processing No Uniform (GMAP-NU) como solución al filtrado de clutter terrestre y estimación de momentos espectrales de señales adquiridas en el modo de operación staggered. Se muestra que el algoritmo presenta un buen desempeño, comparable al del algoritmo Gaussian Model Adaptive Processing (GMAP) con PRI uniforme. Sin embargo, posee una restricción propia sobre la velocidad Doppler máxima que impide explotar el intervalo Doppler no ambiguo que ofrece el modo staggered y limita su uso desde un punto de vista práctico.
Luego, se desarrolla el algoritmo Adaptive Spectral Processing for Staggered Signals (ASPASS), también para el filtrado de clutter terrestre y estimación de los momentos espectrales del fenómeno meteorológico. El mismo se basa en ideas análogas a las de GMAP pero aplicadas a secuencias adquiridas con el modo de operación staggered. Se estudia su desempeño empleando tanto simulaciones numéricas como datos reales adquiridos con el radar argentino RMA-12 situado en el aeropuerto de la ciudad de San Carlos de Bariloche. Los resultados son comparables a los de GMAP-TD, e inclusive mejores, en cuanto a errores relativos y tiempos de cómputo.
Por otro lado, se introduce un enfoque diferente para el procesamiento de la señal radar meteorológico que consiste en emplear herramientas de machine learning. En primer lugar, se utilizan redes neuronales artificiales para la estimación de los momentos espectrales tanto en presencia como en ausencia de contribuciones de clutter terrestre en la señal recibida. Se emplea la densidad espectral de potencia (DEP) como entrada a las redes y éstas últimas son entrenadas utilizando datos sintéticos, lo que permite crear bases de datos contemplando una gran diversidad de configuraciones meteorológicas. Este enfoque se aplica a los modos de operación convencional y staggered. En ambos casos, se estudia el desempeño de la respectiva red por medio de simulaciones numéricas y mediciones reales adquiridas con el radar RMA-12. En general, el desempeño es comparable al de algoritmos ampliamente utilizados en la comunidad para resolver este tipo de problemas, lo que pone de manifiesto la versatilidad del método propuesto teniendo en cuenta que el entrenamiento se realiza empleando datos sintéticos.
Finalmente, se emplean redes neuronales convolucionales en el problema de clasificación de la composición de la señal recibida, con el objetivo de detectar la presencia de clutter terrestre. Nuevamente, se toma la DEP como entrada a las redes, las mismas son entrenadas utilizando datos sintéticos y el clasificador se aplica para ambos modos de operación del radar. Para cada modo, las redes entrenadas son evaluadas mediante diferentes experimentos por medio de simulaciones numéricas y su funcionamiento es validado a través de mediciones reales adquiridas por los radares RMA-11 y RMA-12. Los resultados muestran que las redes entrenadas poseen tasas de acierto mayor al 90% en la mayor parte de las situaciones estudiadas, y que su desempeño se degrada en configuraciones meteorológicas puntuales, en las cuales es difícil distinguir la contribución de cada componente sobre la DEP resultante
El experimento dark matter daily modulation
Get PDFEl experimento Dark Matter Daily Modulation (abreviado DM2 o DMSQUARE), actualmente instalado
a nivel de superficie en Bariloche, busca interacciones de materia oscura en un Skipper-CCD.
Para distinguir los eventos del fondo se busca una modulación diurna que se daría por interacción de
las partículas de materia oscura con los núcleos y electrones presentes en la Tierra. Bariloche es un
lugar ideal para buscar esta modulación por su ubicación opuesta al viento de materia oscura proveniente
de la dirección de Cygnus, a 40º de latitud norte. En esta tesis se presenta la motivación para
realizar este experimento, explicando a qué se llama materia oscura, describiendo algunos candidatos,
enumerando antecedentes de detección directa y detallando el efecto de modulación diurna esperado.
Se habla además del tipo de detector utilizado, comentando el principio de funcionamiento de los
dispositivos de carga acoplada (CCDs), su uso como detectores de partículas y los beneficios de la
lectura en modo Skipper. Se describe y muestran resultados de un simulador del transporte de carga
en el interior de CCDs gruesos que incluye el fenómeno de repulsión Coulombiana, desarrollado para
efectuar cálculos en tarjetas grácas (GPUs). Con este simulador, llamado G-CoReCCD, se pueden
obtener aceleraciones de hasta 500 veces respecto del código ejecutado en CPU. También se describe
el montaje del experimento en Bariloche, la instalación del detector y su electrónica asociada,
la criogenia implementada para mantener al Skipper-CCD en su temperatura de trabajo (menor a
140 K) y las pruebas efectuadas para poner en marcha las mediciones. Se introduce además el sitio
experimental subterráneo en Sierra Grande, donde se planea ubicar el experimento en un futuro. Por
último se explica cómo se procesan las imágenes adquiridas para obtener datos útiles para la física del
experimento y se presentan los resultados obtenidos hasta el momento. En particular, se detallan las
fuentes de eventos de 1 electrón que aportan al ruido de fondo del experimento y se efectúa un análisis
de la tasa de conteo de 1 y 2 electrones. Se obtuvo para interacciones de un único electrón una tasa
de 0,12 eventos/pix/día y no se encontró correlación significativa con la altitud de Cygnus
Estudio numérico de excitaciones electrónicas en sistemas unidimensionales multiorbitales correlacionados
Get PDFEstudiamos numéricamente propiedades electrónicas estáticas y dinámicas del modelo
unidimensional de Kanamori-Hubbard de dos orbitales, usando métodos basados
en el grupo de renormalización de la matriz densidad. Consideramos dos casos, uno
en el que ambos orbitales forman bandas de diferente ancho, y otro en el que forman
bandas iguales.
En sistemas con bandas de diferente ancho, encontramos en este modelo extendido
excitaciones que consisten principalmente en cuasipartículas formadas por un orbital
doblemente ocupado (doblón) y el orbital correspondiente en el mismo sitio vacío
(holón), en consistencia con las excitaciones similares reportadas en una red cuadrada
usando la aproximación de campo medio dinámica.
Observamos también estas excitaciones doblón-holón en sistemas de bandas iguales.
En este caso, vemos dips en las densidades de estados en el nivel de Fermi, que no
parecen corresponder a un gap de excitaciones. Detectamos el ensanchamiento de la
banda de holón-doblón por efecto del acoplamiento de Hund, aunque no distinguimos
una clara separación con J, como ha sido reportado en resultados previos para una red
cuadrada en aproximación de campo medio dinámica.
Caracterizamos las densidades de estados en términos de excitaciones locales compuestas.
Identificamos claramente la disminución de la densidad de estados cerca del
nivel de Fermi, y el angostamiento de los picos por sobre y debajo de esta energía, al
aumentar la interacción inter-orbital.
También calculamos las densidades espectrales y observamos que las excitaciones
holón-doblón aparecen con mayor peso en los bordes de la banda.
Añadimos por completitud el estudio comparativo de resultados usando distintos
órdenes para las representaciones de estados producto de matrices que empleamos
en nuestros métodos, de donde comprobamos la superioridad en precisión (para este
modelo) del orden usado. Incluimos también un análisis de efectos de tamaño finito y
condiciones de contorno, como validación de estabilidad de estos cálculos numéricos
Dosimetría in vivo con el uso de detectores OSLD nanoDot en tomografía computada multidetector cardíaca
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