Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Desarrollo del modelado 3D de una habitación usando visión por computadora y/o un LIDAR para la filmadora gamma
Full text linkLa filmadora de radiación gamma de mano desarrollada por INVAP, llamada comercialmente ”Dragonfly”, permite realizar mediciones de tasa de radiación gamma y determinar la dirección de donde proviene. Hay estimaciones que se pueden realizar conociendo la tasa de radiación, por ejemplo, el estimar la tasa de radiación en una posición distinta a la que uno se encuentra, o estimar la actividad de una fuente radioactiva. Sin embargo, solo se pueden estimar si se conoce la distancia a la fuente.
En este trabajo se desarrollaron distintas soluciones de medición de distancia utilizando ROS2, que es un framework orientado a robótica. Para realizar las mediciones se utilizaron un LIDAR y una cámara estéreo, para implementarse con el Drangonfly, con el fin de poder extender la familia de este producto y ampliar sus aplicaciones.
Para la cámara estéreo se hizo un estudio de los modelos de las cámaras y como a partir de ellas se pueden obtener estimaciones de distancia de los planos que captura. Utilizando una placa de desarrollo Jetson Nano para hacer la adquisición de los sensores utilizando ROS2.
También se realizaron gemelos digitales de los distintos sensores, utilizando el simulador Gazebo, para poder realizar mediciones sin tener que estar utilizando los sensores físicos, lo cual optimiza el tiempo de prueba de los algoritmos.
Se desarrollaron algoritmos en ROS2 que permitieron la implementación de los mensajes que da como solución el Dragonfly y se mapearon a las correspondientes distancias obtenidas de los distintos sensores. A partir de ellas se pudieron analizar ciertos casos en los que conviene usar el LIDAR o la cámara estéreo.
Por ultimo se realizó un análisis sobre la edometría y SLAM, y como esto acerca el Dragonfly a implementarse en conjunto con la realidad virtual realizando mapeos y reconstrucciones de salas o entornos
Transporte de neutrones en la nube
Full text linkLas herramientas neutrónicas a nivel de núcleo tradicionales suelen resolver la ecuación de difusión de neutrones multigrupo sobre mallas estructuradas hexaédricas. Aunque este enfoque puede ser razonable para reactores de potencia de agua liviana, los núcleos en los cuales el moderador está separado del refrigerante—como por ejemplo los reactores de potencia de agua pesada y algunos reactores de investigación no pueden ser representados en forma precisa con mallas estructuradas, especialmente si las barras de control están inclinadas. En este trabajo, mostramos cómo podemos usar una herramienta libre y abierta que permite escalabilidad en paralelo corriendo en la nube para
resolver ecuaciones en derivadas parciales discretizadas espacialmente con el método de elementos finitos para resolver neutrónica a nivel de núcleo con el método angular de ordenadas discretas S multigrupo. Esta herramienta, llamada FeenoX y desarrollada desde cero usando la filosofía de programación Unix, puede resolver PDEs genéricas al proveer un mecanismo basado en puntos de entrada arbitrarios usando apuntadores a funciones de C que construyen los objetos elementales de la formulación FEM. También permite escalar en paralelo utilizando el estándar MPI de forma que pueda ser lanzada sobre varios servidores en la nube. De esta manera, en principio, problemas arbitrariamente grandes pueden ser divididos en trozos más pequeños con técnicas de descomposición de dominio para poder franquear las limitaciones usuales en términos de memoria RAM. Dos de las PDEs que esta versión inicial del código puede resolver incluyen difusión de neutrones multigrupo y transporte de neutrones usando el método de ordenadas discretas.
Esta tesis explica la matemática de la ecuación de transporte de neutrones, cómo la aproximación de difusión puede ser derivada a partir de la primera y dos de las posibles discretizaciones en espacio y ángulo de ambas ecuaciones. También discute el diseño e implementación de FeenoX, que cumple un conjunto de especificaciones de requerimientos (SRS) ficticio—pero plausible—proponiendo un documento de diseño (SDS) explicando cómo la herramienta desarrollada aborda cada uno de los requerimientos del pliego. En el capítulo de resultados se resuelven diez problemas neutrónicos. Todos ellos necesitan al menos una de las características distintivas de FeenoX: 1. simulación programática (derivada de la filosofía Unix); 2. mallas no estructuradas; 3. ordenadas discretas; 4. paralelización con MPI. Este trabajo sienta las bases para eventuales estudios numéricos avanzados comparando los esquemas de S y difusión para análisis de reactores a nivel de núcleo
Mecanismos de relajación intrínsecos y extrínsecos para controlar la intensidad de la corriente de espín en bicapas Fe_100-x Co_x/Ta
Full text linkEl control del parámetro de amortiguamiento en películas delgadas ferromagnéticas metálicas es un paso clave para aplicaciones espintrónicas en las que las corrientes de espín se generan por bombeo de espín. La coexistencia de dos estados con valores de constante de amortiguamiento bajos y altos permitiría obtener estados de intensidad de corriente de espín alta y baja, respectivamente. Hemos fabricado bicapas Fe_100-x Co_x/Ta (con x nominal = 0, 15, 20, 25, 30 y 35) en las que las capas Fe_100-x Co_x crecen epitaxialmente y la capa Ta es policristalina. Hemos encontrado la coexistencia del amortiguamiento tipo Gilbert y de mecanismos de dispersión de dos magnones vinculados a un cambio de signo en la constante de anisotropía magnetocristalina que permite la manipulación de estados de baja y alta intensidad del voltaje de efecto Hall de espín inverso medido. Las bicapas con concentraciones de Co más bajas ( x≤25%) presentan mecanismos de relajación diferentes (amortiguación de Gilbert isótropa y dispersión de dos magnones) y un ensanchamiento adicional del ancho de línea de resonancia ferromagnética producido debido a la mosaicidad. Las bicapas con concentración de Co x > 25% presentan una amortiguación de Gilbert dominante para todas las direcciones en el plano de la película. Sin embargo, en este rango de concentración la constante de amortiguamiento es anisotrópica y cuando el campo magnético se aplica a lo largo de la dirección de magnetización difícil α aumenta ∼420% con respecto al valor obtenido para la dirección de magnetización fácil. La coexistencia de amortiguamiento de Gilbert isotrópico y la dispersión de dos magnones generó corrientes de espín 2,5 veces mayores cuando el campo se aplica a lo largo del eje de magnetización dura en comparación con el valor observado en el eje de magnetización fácil. Estos hallazgos hacen del sistema Fe_100-x Co_x/Ta un excelente candidato para aplicaciones de dispositivos espintrónicos
Desarrollo de materiales compuestos para aplicaciones de amortiguación y actuación
Full text linkSe desarrolló un método de fabricación de esponjas metálicas de CuAlNi, con memoria de forma, de alta porosidad interconectada y gran tamaño de celda, del orden de los milímetros. Estas esponjas se fabricaron utilizando la técnica de pulvimetalurgía por espaciadores, utilizando polvos de cobre, aluminio y níquel, y urea como espaciador.
Se desarrolló un método de fabricación de materiales compuestos a partir de esponjas de CuAlNi, fabricadas en el presente trabajo, y de esponjas de CuZnAl, de fabricación previa. Se variaron las propiedades del polímero y la porosidad de las esponjas de CuAlNi. Para la caracterización de los materiales se utilizaron diversas técnicas. Microtomografía computarizada de rayos X, calorimetría diferencial de barrido (DSC), difracción de rayos X, microscopia electrónica de barrido (SEM) y ensayos de compresión uniaxial.
La microtomografía de rayos X permitió el análisis estructural de las muestras. Los experimentos de DSC permitieron determinar las temperaturas de transformación de las fases metálicas para las muestras de CuAlNi y CuZnAl. La técnica de difracción de rayos X permitió determinar la presencia de las fases martensíticas 18R y 2H a temperatura ambiente para las muestras de CuAlNi, y la presencia de austenita para las esponjas de CuZnAl a temperatura ambiente. Utilizando la microscopía electrónica de barrido se estudió la microestructura de las muestras de CuAlNi, Además el SEM utilizado permitió hacer uso de la técnica de espectroscopia por energía dispersiva, lo cual permitió realizar análisis químicos de zonas de interés. Los ensayos de compresión y su procesamiento, brindan una curva de tensión-deformación que permite la evaluación de las propiedades mecánicas de las distintas muestras
Simetrías generalizadas y corrientes de Noether
Full text linkExplicamos que si las simetrías generalizadas están cargadas bajo una simetría global continua, entonces dicha simetría no puede ser implementada por una corriente de Noether. Utilizamos este resultado para volver a derivar el teorema de Weinberg- Witten en el contexto de la QFT local. Aplicamos estas ideas a distintas teorías con gravitones mostrando cómo las teorías generales de la gravedad exhiben simetrías de 1-forma emergentes en el IR que están cargadas bajo el grupo de Poincar´e y discutimos las implicaciones de estos resultados en relación con el principio de completitud en la gravedad cuántica. Además, si las simetrías generalizadas están cargadas ante un grupo continuo, deben estar generadas por clases duales continuas. En este contexto, demostramos que una teoría con una simetría de forma no compacta es necesariamente no masiva y libre. Por lo tanto, estos modelos no pueden completarse en el UV de manera interactuante sin romper estas simetrías generalizadas no compactas a una compacta.
Esta ruptura requiere la existencia de operadores cargados que aparecen a una cierta escala de energía. Por otro lado, encontramos modelos interactuantes no triviales donde la simetría continua actúa sobre las clases no locales. Estos tienen anomalías ABJ, donde vemos que la existencia de simetrías 1-forma cargadas ante la acción de la simetría quiral impiden la existencia una corriente que implemente dicha simetría. Es decir, la simetría quiral puede entenderse como una simetría U(1) sin corriente de Noether, que cambia las clases no locales asociadas a la simetría 1-forma. En este caso, las simetrías generalizadas describen un grupo compacto. Esto nos permite entender y unificar características fundamentales de las teorías anómalas en términos mas convencionales basados en simetrías internas. La compatibilidad del ciclo correspondiente a las simetrías generalizadas con acción no trivial de la simetría quiral requiere la cuantización del coeficiente de la anomalía ABJ, y podemos derivar la existencia de excitaciones cargadas en el IR de la presencia de la simetría todas las escalas
Implementación en dispositivos SDR de las etapas de detección y sincronismo para sistemas inalámbricos que emplean OFDM
Full text linkLa recepción de señales inalámbricas en todo sistema de comunicaciones inicia con las etapas de detección y sincronismo, las cuales necesitan ejecutarse en línea durante la operación del sistema. En la transmisión empleando OFDM de acuerdo al estándar IEEE 802.11a se especifican las características que debe tener una trama transmitida para permitir que el receptor implemente estas etapas. En el presente trabajo se describe el desarrollo e implementación de algoritmos de detección y sincronismo diseñados para operar en línea sobre un dispositivo SDR utilizando LabVIEW.
En la primera etapa del trabajo se estudian las especificaciones para la transmisión de tramas OFDM definidas en el estándar IEEE 802.11a, las cuales habilitan la detección y sincronismo por medio de la inclusión del preámbulo de capa física a las tramas
transmitidas. Además, se toma consideración de las especificaciones del estándar referentes a las escalas de tiempo y frecuencia usadas en la transmisión.
La segunda y la tercera etapa se centran en estudiar los algoritmos de sincronismo y detección respectivamente, los cuales se desarrollan en base al conocimiento del preámbulo de capa física. Se verifica el correcto funcionamiento de los algoritmos por medio de simulaciones y se detalla su implementación en LabVIEW.
La etapa final consiste en la implementación de un sistema que integra a los algoritmos implementados durante las etapas anteriores, analizando posibles fuentes de error propias de la operación en línea y aplicando estrategias para evitarlas. Se realiza y se verifica por simulación una prueba de concepto del sistema diseñado, evaluando si este es capaz de alcanzar la tasa de iteraciones mínima requerida para la operación en tiempo real. Finalmente, se analizan los pasos futuros requeridos para lograr que este diseño sea capaz de alcanzar la tasa de iteraciones necesaria para la operación en tiempo real
Técnicas de medición de aerosoles y aplicaciones en el área de la salud
Full text linkLa emergencia de la pandemia de COVID-19 generó una demanda urgente de evaluar la capacidad de filtrado o eficiencia de retención de aerosoles en barbijos y diferentes tejidos. El Laboratorio de Seguridad Nuclear (LSN) del Centro Atómico Bariloche (CAB) ha asumido el desafío de contribuir a nivel regional y nacional en esta tarea, desarrollando un Sistema de Medición de Eficiencia de Mascarillas (SMEB). Este sistema se ajusta a las normativas internacionales, como la ASTM (para mascarillas de uso médico) y la AFNOR (para mascarillas de uso general), con el propósito de medir la eficiencia de retención de diversos tipos de mascarillas y tejidos.
El diseño e implementación del SMEB, se basó principalmente en lo establecido por la Norma ASTM F2299. Para ello, la cadena de medición se modificó con el tiempo, incorporando una configuración lineal y vertical para evitar la decantación de partículas por efecto de la gravedad, con la finalidad de disminuir errores en la medición. Algunas especificaciones no pudieron cumplirse dada la disponibilidad de equipamiento, como la medición simultánea de la concentración de aerosoles antes y después de la muestra. Para la generación de aerosoles se usaron partículas calibradas de diámetros de 0.64μm, 1.7μm y 5.4μm. Los resultados de Eficiencia de Filtrado (EF) fueron obtenidos bajo un análisis estadístico que representa los respectivos errores de medición de las muestras evaluadas. Se realizaron mediciones de eficiencia tanto en muestras de barbijos nuevas como con tratamientos de descontaminación. Es importante mencionar que los tratamientos de descontaminación de barbijos fueron realizados por las respectivas instituciones que aportaron las muestras para el estudio de EF
realizado por el LSN.
La evaluación de barbijos se centró en tres categorías principales: barbijos N95, barbijos quirúrgicos y telas empleadas para fabricación de barbijos de uso médico y social. Con respecto a los barbijos N95, se evaluaron muestras tanto nuevas como tratadas térmicamente y con UV. En general, los tratamientos de descontaminación, como radiación UV, calor húmedo y calor seco, realizados en varios ciclos, no afectaron significativamente la eficiencia de retención.
En el caso de los barbijos quirúrgicos, se encontraron variaciones significativas después de tratamientos con radiación UV y calor húmedo, por lo que puede decirse que, según la marca de barbijo, a partir de 6 ciclos de tratamientos de descontaminación aplicados sobre los barbijos, estos pueden presentar deterioro del material filtrante. Por otro lado, se pudo ver que la tela SMS de triple capa, usada para la fabricación de barbijos de uso médico, demostró ser más eficaz en comparación con la tela quirúrgica de una sola capa, ya que su resultado fue comparable con el de barbijos quirúrgicos de alta calidad, superando un 70% en el pico de 1.7μm de diámetro.
En el análisis de telas para barbijos de uso social, se identificaron combinaciones de telas que cumplían con las normativas. Sin embargo, algunos barbijos comerciales destinados al uso social mostraron eficiencias variables, destacando la importancia de seleccionar cuidadosamente los materiales.
Este trabajo aporta de manera significativa al avance del conocimiento científico, con un enfoque especial en la resistencia de los barbijos N95 a los tratamientos de descontaminación realizados por diversas instituciones médicas, así como en la variabilidad de la eficiencia de retención en barbijos quirúrgicos y tejidos utilizados en la confección de mascarillas de uso social. Estos descubrimientos se fundamentan en experimentos llevados a cabo por el Laboratorio de Seguridad Nuclear, cuyos resultados han sido previamente divulgados en informes técnicos por el Departamento de Seguridad Nuclear, consolidando esta investigación como una recopilación de los resultados más relevantes. Su importancia reside en la utilidad que ofrecen las distintas marcas y tipos de barbijos evaluados para la toma de decisiones en la selección de equipos de protección personal, tanto en ámbitos médicos como sociales
Caracterización no supervisada del comportamiento locomotor de una tarea de campo abierto
Full text linkEl repertorio de movimientos que un animal puede exhibir en un entorno natural es virtualmente infinito, limitado solo por las restricciones biomecánicas de las partes de su cuerpo; sin embargo, la etología ha demostrado que los comportamientos animales complejos pueden descomponerse en secuencias de acciones estereotípicas, discretas y reproducibles.
En el presente trabajo, se ha tomado el principio de estereotipicidad comportamental como fundamento teórico para un sistema de clasificación, basado en aprendizaje automático no supervisado, en el cual se infieren automáticamente las categorías comportamentales a partir de la recurrencia de los comportamientos mostrados por los animales. Con videos de ratones en una prueba de campo abierto, se extrae información postural en forma de coordenadas de partes del cuerpo, que luego son procesadas hasta obtener una representación de potencia espectral en varias escalas de frecuencia, para medir la dinámica particular de las diversas partes del cuerpo en simultáneo.
Información que luego es embebida mediante UMAP para obtener una representación comportamental en un espacio latente bidimensional donde los puntos cercanos corresponden a espectros de potencia espectral similares. Posteriormente las regiones son
clasificadas mediante segmentación watershed para obtener categorías comportamentales y construir etogramas.
En el primer mapa generado, los datos fueron filtrados en un intento de minimizar los efectos del ruido de los marcadores. En el segundo mapa, se usaron los datos crudos para contemplar posibles comportamientos que hayan sido suprimidos por los filtros aplicados anteriormente. Las regiones de los mapas se analizaron y compararon con los videos respectivos. Salvo en casos excepcionales, las categorías obtenidas no caracterizan coherentemente los comportamientos de los ratones
Fricción cuántica para un átomo en presencia de una superficie
Full text linkImponer condiciones de contorno a los campos cuánticos puede dar lugar a fenómenos observables a escala macroscópica. Uno de estos fenómenos es la Fricción Cuántica o Fricción de Casimir, efecto disipativo que ocurre cuando dos objetos neutros se desplazan lateralmente con velocidad relativa constante.
En esta tesis, estudiamos el fenómeno de fricción cuántica para un sistema formado por un átomo, cuya trayectoria está determinada de forma externa, y una superficie bidimensional. Analizaremos distintos casos para la superficie: un espejo imperfecto y plano, una lámina de grafeno, y un espejo imperfecto con curvatura.
Los resultados obtenidos son, como era de esperar, que la probabilidad de que ocurra este fenómeno disminuye con la distancia entre la superficie y el átomo, y aumenta con la velocidad a la que este se mueve. Además, aparece un umbral que la velocidad del átomo debe superar para que ocurra el proceso. En el caso del espejo imperfecto, la velocidad umbral corresponde a la velocidad de propagación de las ondas en tal medio. Para el grafeno, la velocidad del átomo debe superar la velocidad de Fermi en el grafeno, vF ≈ 0, 003c
Modelos de ruido en fotorreceptores biológicos y su influencia en discriminación cromática
Full text linkLas células fotorreceptoras realizan el proceso de conversión de un estímulo luminoso a una señal neuronal en el ojo. Este proceso se conoce como fototransducción y una de sus etapas consiste de una cascada bioquímica que amplifica y transforma la señal lumínica a una señal neuronal. El ruido intrínseco de la fototransducción es un factor importante para determinar la discriminación cromática, es decir cuales colores podemos distinguir. En este trabajo buscamos modelar este ruido. Para ello, primero modelamos la cascada bioquímica de manera determinista como una serie de reacciones de primer y segundo orden, aplicando los modelos de Monod-Wyman-Changeux a los canales iónicos controlados por cG, resolvemos las ecuaciones de la dinámica y encontramos un conjunto de parámetros que reproducen curvas experimentales de fotocorriente. Luego realizamos un análisis de sensibilidad de este modelo a los parámetros de reacción y encontramos que todos tienen importancias similares. Como el modelo determinista sólo contiene términos obtenidos usando la ley de acción de masas (o sea, no hay términos fenomenológicos), eso nos permitió hacer una versión estocástica exacta. Para analizarla, la simulamos con el algoritmo de Gillespie. A partir de esto estudiamos la sensibilidad del ruido a los parámetros de reacción y encontramos que algunos, el ruido es más sensible a modificaciones en los parámetros referidos a la dinámica de los canales abiertos y de la síntesis de cG, que al resto