Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Herramienta de simulación de experimentos de transmisión de neutrones en materiales texturados
Get PDFCuando un haz de neutrones policromáticos pasa a través de un material cristalino, los neutrones de diferentes energías se atenúan de manera diferente. Como resultado, el espectro de energía del haz de neutrones cambia cuando interactúa con la muestra. Un análisis cuidadoso de la relación de intensidad entre los haces transmitido e incidente proporciona una gran cantidad de información sobre la estructura cristalina y la microestructura de la muestra. En particular, en un experimento de transmisión de neutrones resuelto en energía, un haz colimado de neutrones policromáticos de flujo diferencial I0 (λ) impacta en una muestra y emerge por la cara opuesta con un flujo diferencial I (λ), donde se mide con un detector que permite resolver la longitud de onda de los neutrones. Para los neutrones térmicos y subtérmicos, la relación de la intensidad entre el espectro incidente y el espectro transmitido depende en gran medida de la estructura cristalina y la microestructura del material.
La mayoría de los materiales son policristalinos y sus propiedades dependen no solo de la estructura cristalina de cada grano, sino también del estado de agregación. En el caso de los sólidos metálicos, los granos están dispuestos de forma compacta con diferente orientación cristalográfica, diferente estructura cristalina y / o diferente composición química. Dado que las propiedades físicas dependen en gran medida de la orientación de un cristal, la orientación de los granos que componen el material determina el grado de anisotropía de sus propiedades físicas, como el espectro de transmisión. En la mayoría de los materiales, estas orientaciones no son aleatorias y los granos tienen algunas orientaciones preferenciales conocidas como texturas cristalográficas. Esta textura en un material policristalino puede resultar de la deformación plástica, el trabajo mecánico o los tratamientos térmicos durante la fabricación, y cada proceso de trabajo causa distintas distribuciones o texturas preferidas de orientación del grano. En materiales de ingeniería, es común desarrollar una textura controlada durante los procesos de fabricación para optimizar su funcionalidad y optimizar el rendimiento de las piezas.
Este Proyecto Integrador presenta una herramienta computacional que simula experimentos de transmisión de neutrones resueltos en energía de materiales con texturas homogéneas. El código incorpora parámetros experimentales, forma de la muestra y textura cristalográfica, para simular el espectro de transmisión en función de la longitud de onda de los neutrones utilizando un modelo para describir la contribución de la componente elástica coherente de la sección eficaz total de neutrones de los materiales texturados. El código se ha implementado haciendo un amplio uso de la biblioteca MTEX
Técnicas de procesamiento de imágenes médicas y visualización 3D
Get PDFEn el presente trabajo se estudiaron e implementaron métodos de renderización
volumétrica y funciones de transferencia para la visualización de conjuntos de datos
médicos. Particularmente, estudiamos los métodos de Slicing y de Ray casting. Estos algoritmos
fueron implementados en el lenguaje C++ sobre la biblioteca de computación
gráfica de última generación Vulkan. Para realizar un estudio integral se desarrolló una
aplicación que reúne los siguientes componentes: motor de visualización Vulkan, algoritmos
de renderización, funciones de transferencia y de filtro e interfaz de usuario.
Se realizó un estudio exhaustivo del rendimiento del visualizador con diferentes conjuntos
de datos médicos y variando los parámetros de los algoritmos. En particular,
se emplearon datos de tomografas computadas (TC), resonancias magneticas (RM) e
imagenes de alta resolucion del Visible Human Project (VHP)[2]. El metodo de Ray
casting resulto ser mas eciente que el metodo de Slicing al momento de presentar
resultados en pantalla, lo cual esta cuanticado por un mayor valor del frame rate. En
particular, el visualizador mantuvo un frame rate superior a 30 fps para ambos algoritmos
por lo que permite presentar resultados visuales en tiempo real. Se realizó un
análisis y comparación de los resultados visuales de ambos algoritmos. Es posible obtener
resultados visuales similares variando adecuadamente algunos de los parámetros
en los algoritmos.
La aplicación que se desarrolló en el presente trabajo integrador consiste en un visualizador
volumétrico de datos médicos e imágenes de alta resolución con una interfaz
de usuario con widgets gráficos que permiten: mover el volumen, realizar cortes sobre el
volumen, seleccionar funciones de transferencia predenidas[3] y aplicar un filtro pasa
banda
Efecto del desorden en la transición de primer orden y las propiedades estructurales de la materia de vórtices
Get PDFEl presente trabajo es un estudio experimental de la transición de primer orden en la
materia de vórtices nucleada en cristales de Bi_2Sr_2CaCu_2O_8+δ con diferentes densidades
de desorden inducido mediante irradiación con iones pesados y con electrones. El objetivo
del mismo es explorar sistemáticamente el efecto del desorden sobre la transición,\ud
poniendo especial énfasis en el caso particular de bajas densidades de defectos columnares.
Para llevarlo a cabo se recurrió a técnicas de magnetometría local con sondas
Hall micrométricas. Las experiencias de magnetometría fueron complementadas con
decoraciones magnéticas, que nos permiten extraer información de la estructura de la
materia de vórtices.
De los resultados obtenidos a partir de las experiencias reportadas en esta tesis se
puede concluir que la transición de primer orden persiste en las muestras estudiadas
ante la inclusión de una densidad de defectos columnares de hasta al menos un campo
de conmensurabilidad B φ =40 Gauss. No se observaron corrimientos sistemáticos de
la temperatura de transición con la densidad de desorden introducido ni se detectó la
aparición de puntos críticos en muestras con defectos hasta dicho campo de conmensurabilidad.
Para densidades de defectos mayores se observa una fenomenología distinta
y la persistencia de la transición o ausencia de puntos críticos nuevos en estas muestras
no pueden ser confirmados inequívocamente a partir de los datos reportados en este
trabajo.
Mediciones de transmitividad en función de la temperatura revelaron en muestras
prístinas y con defectos la presencia de un apantallamiento en dos etapas a campos
altos que no había sido reportado previamente en la literatura. Llevamos a cabo una
experiencia para dilucidar la naturaleza del mismo y esbozamos una interpretación de
este fenómeno como un cambio en el mecanismo dominante en el apantallamiento.
El estudio de las propiedades estructurales que exponemos en este trabajo condujo
a identificar la presencia de hiperuniformidad en los patrones bidimensionales que
resultan de decoraciones magnéticas. La persistencia de la transición de primer orden
en muestras con defectos columnares, que presentan redes de vórtices espacialmente
desordenadas, parece indicar que la pérdida del orden posicional de la estructura de
vórtices no será necesaria para la transición. Sugerimos la posibilidad de considerar
la hiperuniformidad de los patrones bidimensionales para distinguir entre fases y ca-
racterizar la transición en función de la presencia y tipo de hiperuniformidad de los
mismos
Desarrollo de un sistema de péndulo invertido para evaluación de estrategias de control avanzado
Get PDFEn este trabajo se modeló, construyó, identificó y estabilizó un péndulo invertido
móvil sobre ruedas utilizando distintos tipos de controladores óptimos. La formulación
del modelo no lineal se deduce a partir de principios físicos utilizando el método
de Euler-Lagrange. A partir de un estudio del sistema se realizó un diseño eléctrico
y mecánico preliminar. Luego se construyó el sistema físico y se realizó la identificación
paramétrica del mismo. Se diseñaron cuatro tipos de controladores óptimos: LQR,
LQG, H_2 y H_∞. Estos controladores fueron validados por simulación y luego implementados
en el sistema real. Todos los controladores logran estabilizar el péndulo invertido
en su posición de equilibrio inestable. Finalmente, se realizó un estudio y comparación
de la robustez y limitaciones de cada uno de los controladores
Implementación de un controlador híbrido en un sistema robótico autónomo
Get PDFEn este trabajo se presenta el proceso de diseño e implementación llevado a cabo
para la construcción de un robot autónomo basado en controladores híbridos. Haciendo
uso de la técnica de planning, se logró planificar misiones de patrullaje en zonas con
y sin obstáculos (motion planning), misiones donde el robot debe emitir una alerta al
ingresar a una región y misiones de ordenamiento de una caja en un entorno acotado
(task planning). Se utilizó el software MTSA (The Modal Transition System Analyser)
para la síntesis de controladores discretos ((correctos por construcción)) que satisfagan
un modelo del sistema robótico real y las propiedades que en dicho sistema deben
cumplirse. Además, se presenta una metodología que pretende sistematizar el proceso
de diseño de robots basado en controladores híbridos a partir de un enfoque en el que
la especificación de la misión tiene un rol central. El proceso de diseño fue validado
mediante la realización de diferentes misiones con un prototipo robótico construido por
manufactura aditiva (impresión 3D) y con un entorno de simulación diseñado para tal
fin
Diseño y construcción de dispositivo de ensayos de CHF a escala
Get PDFEn este trabajo, a partir del pedido del Laboratorio de Termohidráulica, diseñamos y
sentamos las bases de la construcción de un dispositivo de ensayos de CHF. Para el
desarrollo de esta tarea, hicimos un análisis conceptual del objetivo determinando la
estructura del dispositivo a diseñar. A partir de ese punto establecimos requerimientos
y criterios de diseño que seguimos a lo largo del proyecto.
Desarrollamos cada subsistema del dispositivo a un nivel conceptual haciendo hincapié
en las interacciones entre subsistemas y el cumplimiento de requerimientos particulares.
En muchos casos debimos realizar experiencias y verificaciones en el laboratorio.
También fabricamos varios componentes del dispositivo en el taller del laboratorio. El
trabajo requirió una gran variedad de disciplinas: diseño, calculo (termohidráulico y
resistencia de materiales), análisis de sistemas físicos, trabajo de laboratorio, análisis
de datos, fabricación, programación, etc.
Finalmente, alcanzamos un diseño que requiere únicamente verificaciones y agregados
de pocos componentes para su funcionamiento. Estas tareas no pudimos realizarlas
debido a la situación generada por el COVID-19
Crecimiento y caracterización de heteroestructuras basadas en semiconductores III-V
Get PDFEn este trabajo presentamos el crecimiento y la caracterización de muestras epitaxiales
basadas en materiales semiconductores III-V crecidos por epitaxia de haces
moleculares (MBE). En particular presentamos resultados de caracterización de composici
ón de Al_xGa_1-xAs en el rango 0 < x < 0.5. A través de un novedoso análisis
basado en el uso de un amplio rango de técnicas experimentales sobre una misma serie
de muestras logramos mejorar la determinación de composición con incertezas absolutas
menores al 1 %. Mostramos evidencia de que la determinación de composición
basada en espectroscopía Raman presenta severas inconsistencias. Nuestros resultados
muestran claramente que el espectro de dispersión Raman no está unívocamente determinado
por la composición en este sistema material, como es supuesto en gran parte
de la literatura. El conjunto de estos resultados provee información respecto a muchas
de las discrepancias en los datos reportados en la literatura sobre este sistema material
que ha sido ampliamente estudiado.
La realización de este trabajo de tesis implicó la participación en el proceso de
instalación y puesta en marcha de un sistema MBE, único en la Argentina. Presentamos
detalles del funcionamiento del equipo, así como también algunos puntos claves para
su correcta operación. En base a los resultados de composición de Al_xGa_1-xAs ya
mencionados, pudimos obtener una calibración precisa que nos permite relacionar los
parámetros de crecimiento de las muestras con sus propiedades ópticas y electronicas.
El crecimiento de heteroestructuras semiconductoras epitaxiales permite el desarrollo
de dispositivos complejos de gran interés tecnológico. Con esto en mente, crecimos y
caracterizamos muestras de complejidad creciente, lo cual nos permitió avanzar signi-
cativamente en el desarrollo de dispositivos, en particular láseres de cascada cuántica.
Por último, presentamos el desarrollo de los procesos de postfabricación necesarios para
pasar de una muestra crecida por MBE a un dispositivo funcional
Efectos no lineales en guías de onda en la región del infrarrojo medio
Get PDFEsta tesis aborda la interrelación de un conjunto de fenómenos en el marco de la óptica no
lineal que ocurren cuando un campo intenso, típicamente producido por una fuente láser, se
propaga en una guía de onda. Este tipo de fenómenos se caracteriza por la generación de nuevas
frecuencias a partir de una o más fuentes de luz y un medio no lineal. Se pone especial
énfasis en la región del infrarrojo medio, que encuentra aplicaciones en termografía, fotografía
infrarroja, meteorología, comunicaciones, espectroscopía infrarroja o en la generación de
nuevas frecuencias en todo el espectro, como es el caso de la generación de supercontinuo o
la implementación de peines de frecuencia. El análisis de tales procesos está centrado en la
interacción de los fenómenos lineales y no lineales como la dispersión cromática, el efecto
Kerr, el scattering estimulado de Raman (SRS), y los efectos de self-steepening y de inestabilidad
modulacional (MI). Los resultados de la tesis se obtuvieron con un análisis de estos
fenómenos en el marco de un modelo completo de MI. En este contexto, se hace hincapié en
la denominada ganancia de MI, cuyas características dependen del medio, como así también
de los efectos que se consideren. La inclusión del self-steepening y la del SRS presenta un
fructífero escenario en el que se exploran las consecuencias de su interrelación. Cuando el
efecto del self-steepening se incluye en el análisis, existe un valor de potencia de bombeo para
el cual la ganancia de MI desaparece. Sin embargo, la presencia del SRS permite que exista
ganancia aún para potencias mayores a dicho umbral, la cual adopta la forma de la respuesta
Raman del medio. En esta región de parámetros, que denominamos “Región dominada por
Raman” (RdR), es en donde se desarrolla la tesis. Los resultados obtenidos se dividen en tres
capítulos. En el primero, se muestra la capacidad de sintonizar en frecuencia a la ganancia de
MI con la potencia de un campo intenso en la RdR. En el siguiente, se propone un método
para estimar una de las características de la respuesta Raman del medio y, en el capítulo final,
se describe un análisis sobre el efecto que tiene la inclusión del self-steepening en el número
de fotones de las componentes espectrales de los campos propagantes
Crecimiento y caracterización de películas delgadas de la aleación magnetostrictiva Fe_1-xGa_x: correlación entre la textura cristalina y sus propiedades magnéticas
Get PDFLa optimización de los dispositivos electrónicos es una de las mayores premisas
de la industria tecnológica, apuntando por un lado al aumento de las velocidades de
almacenamiento y por otro a una disminución de los consumos de energía. Recientemente
se ha prestado especial interés a los dispositivos espintrónicos en los cuales es
posible controlar de manera simultánea la carga y el espín de los electrones. Debido
a la miniaturización, la aplicación de campos externos para modificar el estado de
la magnetización no es posible. Por lo tanto, es necesaria la utilización de métodos
alternativos. Uno de ellos es aprovechar el acople magneto-elástico. Para poder emplear
este método necesitamos materiales con alta constante de magnetostricción. Un
material muy prometedor es la aleación hierro-galio Fe_1-xGa_x (Galfenol) debido a su
alta magnetostricción (~ 400 ppm), gran ductilidad, alta temperatura de Curie, bajo
campo de saturación, baja coercitividad y modesto costo en relación a aleaciones magnetostrictivas
en base a tierras raras como terfenol-D (Tb_xDy_1-xFe_2). Las propiedades
magneticas de las aleaciones de Fe-Ga en películas delgadas dependen fuertemente de
la microestructura y en particular de la textura cristalográfica inducida durante el proceso
de crecimiento. Puede ser influenciada por distintos parámetros como: tiempo de
depósito, presión de argón, tipo y temperatura de sustrato, distancia blanco-sustrato,
potencia de bombardeo o tratamientos térmicos post-crecimiento. De manera muy especial,
la razón de concentraciones en la aleación afecta de manera significativa la
estructura del material y modifica radicalmente su comportamiento magnetostrictivo.
En este trabajo se fabricaron diferentes series de películas delgadas de la aleación
Fe_1-xGa_x en diferentes condiciones de crecimiento y se estudió el comportamiento magnetostrictivo
de las muestras con distintas técnicas que nos entregan información de la
composición química, estructura y comportamiento magnético.
Primero se realizó un estudio de las muestras fabricadas mediante la técnica de pulverizaci
ón catódica, analizando efectos de tipo de sustrato y temperatura de recocido,
buscando la formación de distintos tipos de textura cristalográfica en el material que
afectan sus propiedades magnéticas.
Ampliando el estudio del comportamiento magnético de la aleación se estudió la
influencia de la presión de pulverización, nuevamente a partir de detallados estudios
de textura cristalográfica y tensiones residuales, donde a partir de modelos energéticos
se pudieron predecir satisfactoriamente los resultados experimentales de resonancia
ferromagnética.
Se prestó especial interés en el diseño y armado de un equipo para la medición de
constantes magneto-elásticas para películas delgadas por la técnica de deflexión de cantilever
que posibilitó realizar los estudios de muestras donde además de la variación de
la concentración de galio se modificó el tipo y temperatura de sustrato. Una comprensi
ón detallada de sus propiedades magneto-elásticas resulta imprecindible pensando en
futuras aplicaciones en dispositivos donde la magnetostricción de los materiales se pueda
modificar según las necesidades mediante el control de su microestructura a través
de parámetros en el crecimiento
Detección e identificación de características de vehículos utilizando algoritmos de machine learning
Get PDFEn esta tesis de maestría en ciencias de la ingeniera se propone una implementación
modular para resolver el problema del reconocimiento automático de patentes
vehiculares (ALPR) basado en un esquema detección-detección-reconocimiento, usando
íntegramente deep learning. Se pretende emplear esta implementación para aplicaciones
practicas que involucran control vehicular visual de cualquier tipo.
A lo largo de este trabajo se empleo un enfoque modular, dividiendo el objetivo
principal en etapas progresivas. Se desarrollaron módulos individuales, que implementan
una arquitectura de clases basada en el paradigma orientado a objetos (OOP), lo que
los hace genéricos y fácilmente modificables. A su vez, los módulos u objetos individuales
pueden ser usados con otros propósitos, como ser la lectura de texto impreso o señales
de transito en imágenes de tracfio urbano.
Durante la realización de esta tesis se priorizo el uso de transfer learning en redes
profundas convolucionales (CNN), con el objetivo de adaptarse a una disponibilidad
de recursos limitada y para disminuir considerablemente los tiempos asociados al
entrenamiento.
La etapa primaria de segmentación fue basada en un esquema de detección de código
libre denominado usualmente YOLOv3, el cual fue re-entrenado con imágenes naturales
de vehículos perteneciente a un dataset de acceso publico. La etapa de reconocimiento
de texto se lleva a cabo mediante una red recurrente-convolucional (RCNN) que realiza
el reconocimiento de la sentencia. Finalmente, el nexo entre estas dos redes esta dado
por un esquema detección de uso comercial denominado CRAFT.
En este escrito se presentan todos los detalles de la implementación de dicho esquema,
y por sobre el final del mismo, se evalúa cuantitativamente la performance del sistema
usando diferentes métricas contra OpenALPR, un software de uso extendido en el
área de reconocimiento de patentes vehiculares