Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Arreglos de sensores de radiación ionizante integrados
Get PDFEl presente trabajo abarca el estudio, aplicación y diseño de arreglos de sensores de
radiación ionizante integrados. En particular, se hace énfasis en el uso de circuitos
integrados en tecnología CMOS, tanto en procesos de tipo bulk como en procesos
de tipo Silicon-on-Insulator (SOI), para la detección de partículas y adquisición de
imágenes radiográficas. Además, se estudian los efectos que la radiación produce en los
dispositivos fabricados en esta tecnología y se aprovechan esos efectos para implementar
un sensor de dosis e identificar mecanismos de daño a sensores de imagen.
En este sentido, el efecto de degradación por dosis total se utiliza para determinar la
dosis absorbida con transistores MOS fabricados en un proceso de tipo Fully-Depleted
SOI (FD-SOI). En este punto se realiza el primer aporte de la tesis al estado del arte: se
presenta un circuito formado por un par de transistores FD-SOI complementarios cuya
salida es proporcional a la dosis absorbida y que, además, cuenta con compensación ante
variaciones de temperatura. Se realiza una descripción del funcionamiento del circuito y
una caracterización del mismo utilizando para ello fotones de rayos X de alta energa.
A continuación, se estudia el uso de sensores de imagen CMOS comerciales para
la adquisición de imágenes radiográficas mediante la técnica de detección directa. Se
muestra la capacidad de adquirir imágenes radiográficas de distintos objetos y, luego,
se realiza un análisis de los factores que intervienen en la eficiencia y resolución de la
técnica, demostrando que existe una relación de compromiso entre ambas. Por otro lado,
aprovechando la capacidad de este tipo de sensores de detectar y clasificar partículas,
se implementa un prototipo en base al cual es posible identificar partículas provenientes
de la cadena de decaimiento del gas radón.
Otra aplicación de los sensores de imagen CMOS es la adquisición de imágenes
radiográficas de neutrones térmicos mediante la utilización de capas de conversión
neutrónicas. El aporte de este trabajo en la materia es demostrar que, en los circuitos
integrados que usan BoroPhosphoSilicate Glass (BPSG), los neutrones térmicos producen
daño por desplazamiento en el arreglo de píxeles y que, para evitarlo, se deben utilizar
tecnologías mas modernas donde no se utilice boro en el proceso de fabricación.
Finalmente, se presenta el diseño de un circuito integrado de aplicación específica
para la detección de partículas ionizantes. Se trata de un detector pixelado de tipo
monolítico, fabricado en un proceso SOI, que tiene las junturas sensibles a radiación
construidas debajo del oxido enterrado y la electrónica de procesamiento en el lm
de silicio superior. Se realizo una primera caracterización del detector con rayos X de
baja energía mediante la
fluorescencia de varios materiales. Se obtuvo el espectro de
altura de pulsos, se realizo una calibración en energía de su respuesta y se midió el
ruido electrónico. Gracias a sus características, el detector podrá ser utilizado para la
obtención de imágenes radiográficas agregando resolución en energía
Diseño e implementación de un simulador/planificador de producción de radioisótopos
Get PDFLos radioisótopos son un bien perecedero ya que su actividad disminuye a cada instante
debido al decaimiento radiactivo, por ello es importante realizar una buena planificación
de la producción en el reactor para garantizar producción continua y suministro a
hospitales durante todo el año. Con este n, se desarrolló un algoritmo Simulador-
Planicador para desarrollar estrategias de irradiación a n de garantizar el suministro
ininterrumpido de radioisótopos.
Se diseño e implementó un algoritmo planificador que a partir de las ecuaciones de
activación de cada radioisótopo, el
flujo y cantidad de las posiciones de irradiación, la
cantidad demandada y la programación de potencia y paradas del reactor, calcula el
tiempo de irradiación e indica cuántas posiciones de irradiación ocupar y por cuánto
tiempo. Este se implementó para Mo99 y Lu177 producido por vía directa.
Se diseño e implementó un algoritmo simulador que calcula la actividad generada
de Mo99 minuto a minuto. El simulador toma datos históricos de posición de barras
de control, estado de posiciones de irradiación, y potencia y si es necesario, realiza un
cálculo de núcleo (con CTIVAP y un modelo simplificado del OPAL) para determinar el
flujo en una determinada posición de irradiación y con el mismo la actividad generada
minuto a minuto. Se probó el simulador con un archivo histórico de 9,65 días de posición
de barras de control, estado de posiciones de irradiación y potencia y se corroboró su
correcto funcionamiento
Monitoreo remoto para redes de acceso ópticas pasivas
Get PDFLas redes ópticas pasivas (PON, Passive Optical Networks) son una clase de red
de acceso de telecomunicaciones que involucran la conexión entre el proveedor de servicios
y los usuarios finales a través de una infraestructura de fibra óptica ramificada
mediante el uso de dispositivos pasivos. Con el despliegue masivo de este tipo de redes
en los últimos años, surgió la necesidad de realizar un monitoreo remoto de su infraestructura,
con el fin de detectar, localizar y caracterizar eventuales fallas que interfieran
en la correcta prestación de los servicios. Al mismo tiempo, topologías de red ramificadas
similares a las PON pueden encontrarse en sistemas de sensores cuasidistribuidos.
En este sentido existen esfuerzos permanentes por parte de la comunidad científica
para desarrollar sistemas de monitoreo remoto de sensores que permitan mejorar el
desempeño de las técnicas hasta ahora reportadas.
En esta tesis se estudiaron y desarrollaron técnicas para realizar monitoreo remoto
de redes PON de telecomunicaciones y de sensores ópticos cuasidistribuidos. Las
mismas se basaron en procesamiento digital y estadístico de señales y procesamiento
fotónico de señales. En particular, se hizo especial foco en tecnologías de reflectometría
óptica en el dominio del tiempo (OTDR, Optical Time-Domain Reflectometry) y variantes
de la misma, operando en conjunto con redes de difracción en fibra (FBG, del
inglés Fiber Bragg Grating) diseñadas con características particulares y distribuidas en
una infraestructura de red óptica ramificada.
Se propuso e implementó una metodología de análisis de eventos o fallas en una
PON utilizando procesamiento digital y estadístico de señales aplicado sobre mediciones
de un instrumento OTDR convencional en conjunto con mediciones de referencia.
Se desarrolló un marco teórico que permite seleccionar los parámetros de adquisición
óptimos del OTDR en función de la topología de la PON y de la magnitud de los eventos
a ser detectados. Además, se derivó un método de estimación de los parámetros
característicos del evento. Este método soluciona el inconveniente que presentan las
técnicas convencionales de análisis de eventos en OTDRs comerciales, donde para un
evento que ocurre en una fibra de distribución, sus pérdidas de inserción y pérdidas de
retorno no son correctamente estimadas.
Para monitorear individualmente las diferentes ramas de una PON se pueden disponer
codificadores ópticos pasivos basados en FBGs distribuidos en la red con el objetivo
de complementar la funcionalidad de un OTDR mediante un esquema de multiplexado
por división de código óptico (OCDM, Optical Code-Division Multiplexing). En este
sentido, se propuso un sistema de monitoreo basado en OCDM y se evaluó su desempeño
a partir de la derivación de una expresión analítica para el número medio de falsas
detecciones. Esta expresión es de suma relevancia durante la etapa de diseño de un sistema
de este tipo, ya que permite optimizar los parámetros del sistema de monitoreo
de acuerdo a la topología de la PON.
Se propuso y estudió una estructura de OTDR que usa el principio de la Transformada
de Fourier Dispersiva (DFT, Dispersive Fourier Transform), a la que se denominó
DFT-OTDR. Mediante esta técnica es posible obtener información espectral del enlace
óptico monitoreado, la cual se encuentra convertida a una forma de onda temporal en
la medición del DFT-OTDR. Se planteó un sistema de monitoreo de PONs usando
el DFT-OTDR propuesto en conjunto con codificadores ópticos constituidos por una
única FBG. Esta resulta ser una estructura de codificador mas compacta y económica
que las anteriormente propuestas. La factibilidad del sistema se demostró mediante
la implementación de un prototipo de DFT-OTDR en el laboratorio en conjunto con
diferentes codificadores diseñados con un ancho de banda de reflexión único.
Finalmente, se propuso y demostró un sistema de monitoreo de sensores basados
en FBGs usando una estructura modificada de DFT-OTDR que incorpora una pareja
de filtros Gaussianos en el receptor para determinar la longitud de onda de Bragg de
los sensores a partir de la medición de amplitudes. Esta nueva configuración presenta
importantes ventajas respecto de las técnicas de monitoreo de sensores reportadas
en la literatura. Por un lado, permite extender considerablemente el rango lineal de
operación, ya que se evitan distorsiones debidas a energía proveniente de los lóbulos
laterales de la reflectividad de la FBG. Por otro lado, se tiene una mayor flexibilidad,
ya que el ancho espectral del sensor FBG –parámetro necesario para determinar la
longitud de onda de Bragg– puede ser derivado directamente a partir de las señales en
el dominio del tiempo. Al modelo matemático desarrollado para FBGs con un ancho
espectral arbitrario se lo complementa con experimentos en laboratorio, en donde se usó
el sistema propuesto para interrogar un sensor FBG con velocidades de interrogación
superiores a 200 MHz y resoluciones de 20 pm. Estos valores obtenidos representan
una mejora considerable en el desempeño cuando se los compara con otras soluciones
propuestas hasta el momento
Conformación digital de haz para recepción de señales satelitales
Get PDFEn el siguiente trabajo se realiza el análisis de distintas técnicas de conformación digital de haces
mediante el empleo de un arreglo de antenas para la recepción, haciendo un hincapié inicial en el
estudio de los algoritmos de estimación de dirección de arribo MUSIC y ESPRIT. Luego se introduce
la técnica de muestreo aleatorio, la cual permite realizar estimaciones de los parámetros de las señales
recibidas reduciendo por encima de dos ordenes de magnitud la cantidad de muestras necesarias con
respecto al muestreo ideal. Seguido a esto se realiza el análisis de técnicas de estimación de cantidad
de señales recibidas, introduciendo un método de estimación que utiliza el algoritmo de aprendizaje
automático de maquinas de vectores de soporte. Por último se analizan propuestas de implementación
del sistema conformador de haz en una placa de desarrollo CIAA-ACC con capacidad de distribuir
funciones entre una FPGA y un microprocesador, para finalmente mostrar una implementación de
todo el sistema diseñado utilizando GNU Radio, validando su funcionamiento con simulaciones
Sistema para emulación, adquisición y procesamiento de datos para matrices de sensores
Get PDFEn el presente trabajo se desarrolló un sistema de adquisición de datos para matrices de 16 sensores,
utilizando una placa CIAA-ACC y una placa AD9249-65EBZ con un conversor analógico digital
de 16 canales simultáneos. El sistema se implementó sobre el SoC Xilinx Zynq-7030 de la placa
CIAA-ACC, combinando lógica programable (FPGA) con software de control y transporte hacia un
servidor externo. Se logró adquirir datos de los 16 canales desde la lógica programable a una tasa
de 65 MSamples/s con una resolución de 14 bits, y una tasa de datos hacia un servidor externo
de 92 Mbps. Para la evaluación del desempeño del sistema, se diseño y construyó un emulador de
arreglo, con el objetivo de recrear las señales que se obtendrán con un arreglo de antenas cuadrado
de 16 elementos, recibiendo una señal de 146 MHz, que llega al arreglo con 30° de azimut y 75° de
elevación. La motivación del desarrollo de este proyecto es analizar la posibilidad de su integración
en la recepción de datos en una estación terrena basada en conformación digital de haz, para prestar
servicios a constelaciones de satélites de órbita baja
Estimación del esfuerzo miocárdico a partir del procesado de imágenes médicas
Get PDFLas enfermedades cardiovasculares representan el 31% de las muertes anuales en todo el
mundo. La detección temprana de disfunciones ventriculares, a través del estudio de la
función miocárdica, es de vital importancia para la calidad de vida de aquellas personas
que padecen de enfermedades cardiovasculares. La función miocárdica puede estudiarse
a través de diversos parámetros. Entre ellos, el esfuerzo y la tasa de deformación del
miocardio son los objetos de estudio de este trabajo.
Se diseño, desarrolló, implementó y validó una herramienta denominada CardIAc
Strain Analysis, que permite cuanticar el esfuerzo miocárdico y la tasa de deformaci
ón en imágenes MR-C de eje corto, utilizando técnicas de Feature Tracking. Dicha
aplicación se desarrolló bajo una licencia de código abierto, utilizando el framework
3D Slicer. Además, se realizó la integración de la misma con una herramienta de segmentaci
ón semántica (CardIAc AI Segmentation) que funciona a través de inteligencia
articial.
Los resultados obtenidos muestran que la técnica propuesta permite estimar de
forma adecuada el movimiento de los puntos materiales del ventrículo izquierdo, con
un error cuya mediana es de 3.66 mm para la base de datos de quince estudios en
voluntarios sanos cMAC-STACOM, y un error cuya mediana es de 2.98 mm en una
base de datos sintética simulada a partir de la anterior. Se analizaron las curvas de
esfuerzo medidas y los valores obtenidos para el esfuerzo circunferencial y longitudinal
se corresponden con los indicados en la bibliografía y con otros grupos de investigación.
Se obtuvo, en la base de datos sintética, un error medio de 4.07 %, 5.76% y 8.19%
para el esfuerzo circunferencial, radial y longitudinal respectivamente. Los resultados
cualitativos y cuantitativos muestran que CardIAc presenta un alto potencial para
computar el esfuerzo miocárdico y la tasa de deformación en imágenes MR-C SAX,
especialmente para el esfuerzo longitudinal y circunferencial
Diseño conceptual de micro-reactores de potencia
Get PDFEn el presente trabajo se desarrolla el diseño conceptual de un micro-reactor de
potencia, orientado al abastecimiento energético de misiones espaciales.
Los micro-reactores de potencia son compactos, confiables y resilientes, capaces de
suministrar grandes cantidades de energía, por largos períodos de tiempo. El desarrollo
de esta tecnología permitirá extender el alcance de la exploración espacial a niveles
nunca antes alcanzados. Las potenciales aplicaciones de estos reactores incluyen: abastecimiento
de rovers de exploración, sondas interestelares, colonias en Marte, puestos
de avanzada en la Luna, entre otros.
En lo que respecta a los aspectos técnicos, el núcleo se compone de un bloque
cilíndrico de un material moderador con múltiples penetraciones para alojar barras
combustibles y heat pipes refrigerantes. El moderador elegido es Hidruro de Circonio y
como combustible se utilizó una aleación metálica de Uranio-Molibdeno. A diferencia de
la gran mayoría de los diseños de micro-reactores espaciales, se optó por utilizar un enriquecimiento
bajo, en particular 19.75 %. Esto permitiría evitar cualquier inconveniente
político y normativo, en caso de querer adquirir un reactor de estas características.
Durante el proceso de diseño, el reactor fue optimizado para priorizar la minimizaci
ón del peso y una alta confiabilidad de los sistemas. La refrigeración se lleva a cabo
mediante heat pipes de sodio o potasio, y la conversión de energía se efectúa utilizando
generadores termoeléctricos, acoplados a un radiador. Esta combinación proporciona
un alto nivel de confiabilidad, debido a que ambos sistemas son pasivos y con un elevado
grado de redundancia.
La potencia térmica del reactor se fijó en 50 KW y el ciclo de operación en 30 años.
Se estima que la potencia eléctrica de salida alcanzará unos 5 KW, lo cual se considera
suficiente como para alimentar un pequeño hábitat en Marte o un robot de exploración
espacial
Dinámica no lineal de superconductores fuera de equilibrio
Get PDFEn los últimos años, ha habido un creciente interés en la posibilidad de manipular
el estado superconductor fuera del equilibrio. Dentro del formalismo de BCS,
la mayoría de los trabajos teóricos han estudiado el problema de un cambio súbito
en la interacción atractiva, suponiendo que el sistema se encuentra perfectamente
aislado. El resultado más importante es la existencia de tres fases dinámicas diferentes,
que corresponden respectivamente con una amortiguación, un sobreamortiguamiento
u oscilaciones persistentes del parámetro de orden superconductor. Sin
embargo, para describir correctamente sistemas reales de materia condensada y átomos
fríos, es necesario tener en cuenta los efectos de disipación que aparecen debido
a la presencia inevitable del medio ambiente: un desafío teórico que no ha sido resuelto
hasta el momento para superconductores fuera de equilibrio y que hemos
abordado en esta tesis. En este caso, sin importar cuán grande sea el cambio en la
interacción atractiva, el parámetro de orden superconductor tiende al parámetro de
orden de equilibrio que corresponde a la nueva interacción atractiva, en un tiempo
característico que depende del acoplamiento con el baño externo (el baño externo
absorbe toda la energía extra y permite al sistema alcanzar su estado fundamental
a tiempos largos). Hemos demostrado que el proceso de termalización podría ocurrir
en una escala de tiempo tal que la fase sincrónica (oscilaciones persistentes) y la
fase de oscilaciones amortiguadas del parámetro de orden, difícilmente puedan ser
distinguidas en los experimentos.
En la segunda parte de la tesis, estudiamos la dinámica fuera de equilibrio de un
superconductor BCS en presencia de una perturbación periódica de alta frecuencia
y un baño externo, en equilibrio, que agrega disipación al problema. Para tiempos
cortos comparados con el tiempo de relajación de energía, un conjunto de excitaciones
de cuasipartículas entra en resonancia y realiza oscilaciones de Rabi sincrónicas
con una frecuencia que depende de la amplitud de la perturbación periódica. Como
consecuencia, aparece un nuevo modo colectivo (modo Rabi-Higgs) en la dinámica
transitoria del parámetro de orden superconductor. A tiempos largos, en el estado
estacionario, este modo se desvanece y se produce una saturación en el desbalance
de la población de cuasipartículas, análogo a lo que sucede en problemas de óp
tica cuántica. Finalmente, se discute la viabilidad de dos técnicas experimentales
basadas en fotoemisión y microscopía de efecto túnel para detectar oscilaciones de
Rabi-Higgs. Aún en presencia de disipación debida al acoplamiento con el baño,
se demuestra cómo ambas espectroscopías son apropiadas para la futura detección
experimental de estas no linealidades
Caracterización de piezas de cobre del pecio "DELTEBRE I" por técnicas neutrónicas
Get PDFEl estudio de los bienes culturales a lo largo de la historia ha sido uno de los pilares fundamentales que tuvieron los arqueólogos para conocer y comprender los cambios que se producen en las sociedades, desde las primeras agrupaciones de humanos hasta las actuales. Desde los albores de la arqueología, la observación ha sido el principal método para estudiar los bienes culturales. En los últimos años, la arqueología ha ido incorporando muchas técnicas analíticas para el estudio de materiales. Los avances tecnológicos en esta materia permiten ampliar los alcances y la profundidad de los estudios de los bienes culturales. En particular, durante las últimas décadas el empleo de técnicas neutrónicas ha demostrado ser una herramienta invaluable para la caracterización de bienes culturales.
Por un lado, el análisis por activación neutrónica se emplea desde hace varias décadas en arqueometría, principalmente para estudios de la proveniencia de objetos de cerámica u obsidiana. Esta técnica permite la identificación de los elementos químicos presentes, y permite cuantificar muy pequeñas trazas de elementos como oro, plata, arsénico, entre otros, pero resulta destructiva ya que requiere de pequeñas muestras del objeto que son introducidas en el reactor para su activación. Por otro lado, debido a su alto poder de penetración y carácter no destructivo, las técnicas basadas en haces de neutrones son cada vez más utilizadas para la caracterización y estudio de bienes culturales. En particular, las técnicas de difracción de neutrones permiten estudiar las estructuras cristalinas presentes, incluyendo sus orientaciones preferenciales y la presencia de tensiones residuales. En objetos metálicos del patrimonio cultural, estas características microestructurales son indicativas del modo en que las piezas fueron producidas y permiten identificar los procesos mecánicos y los tratamientos térmicos realizados sobre los materiales. Parte del valor de estas técnicas es que dan información sobre el interior de los objetos, lo cual es sumamente importante porque el exterior de los mismos suele hallarse muy alterado por efectos de la corrosión o el desgaste mecánico.
En este trabajo se presenta la aplicación de las técnicas de activación neutrónica y difracción de neutrones al estudio de piezas de cobre recuperadas del naufragio denominado Deltebre I. En particular, se trabajó con muestras del recubrimiento de cobre del casco del barco (aforros) y muestras de los pernos utilizados para sujetar el recubrimiento al casco de madera (pernos). Se presentan los resultados de las variaciones de composición de distintos fragmentos de aforros. La ausencia de Zn en estos materiales es indicativa de la época de su fabricación. Por otro lado se han estudiado por técnicas de difracción, pernos de diversas secciones del barco intentando identificar los procesos de manufactura con los que fueron creados. Se presentan aquí, los resultados de la textura cristalográfica con resolución espacial obtenidos empleando difracción de neutrones, y se comparan con los obtenidos empleando técnicas complementarias como la difracción de Rayos X. La información obtenida puede ayudar a identificar al fabricante de los pernos de cobre, lo cual posibilitaría la identificación de la nave
Optimización y automatización de un dispositivo para la caracterización hidrodinámica de elementos combustibles nucleares
Get PDFPara poder conocer las condiciones del flujo en los elementos combustibles del reactor
CAREM 25, se deben utilizar métodos experimentales para validar las aproximaciones
de los códigos numéricos por la complejidad que presenta su geometría. En dos
proyectos integradores anteriores, se empezó a trabajar para obtener el campo de presiones
con un circuito que imita las condiciones fluido-dinámicas del reactor. La técnica
utilizada se basa en realizar un orificio a cada vaina y tubo guía hueco de forma de
sensar la presión estática. Si se quiere conocer el campo de presiones, se deben rotar y
desplazar axialmente las vainas y los tubos guías, función que cumple el posicionador.
En el presente trabajo, se realizaron avances para lograr el funcionamiento del mismo.
Primero, se resolvieron los problemas mecánicos, se implementaron mejoras y se
construyó un modelo fiable en el SolidEdge. En segundo lugar, se realizaron las conexiones
y placas electrónicas necesarias para adaptar tensiones. Por último, se configuraron
los drivers, se programó el microcontrolador en C y en C++ se realizó la interfaz con
el usuario