Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Análisis de métodos de reducción de varianza y su implementación al código Monte Carlo OPENMC
Get PDFEn el presente trabajo se lleva a cabo el análisis de métodos de reducción de varianza
para acelerar cálculos de transporte de radiación por el método Monte Carlo.
En particular, se estudiaron dos métodos de control de población: distribuciones de
importancia (geometry splitting) y ventanas de peso (weight windows). Estos métodos
fueron implementados en el código Monte Carlo OpenMC.
Como parte del trabajo se validó el código con tres benchmarks, uno de criticidad,
uno de fuente fija de neutrones y el último de fuente fija de fotones, para luego implementar
los métodos de reducción de varianza tanto en el código fuente en C++ como
en el API en Python. Para simplificar el uso por parte del usuario se desarrolló una
herramienta de cálculo de mapas de importancia y ventanas de peso, que genera en
forma automática los parámetros necesarios para aplicar estos métodos de reducción
de varianza.
La implementación de los métodos fue verificada con dos problemas de transporte
de fuente fija, uno de transporte de neutrones y el otro de fotones, observándose un
aumento en la velocidad de cálculo sin afectar el resultado
Desarrollo de soldadura TIG de acero inoxidable sinterizado para deposición de membranas base Pd purificadoras de H2
Get PDFEste trabajo se enfocó en el desarrollo de soldadura TIG de tubos porosos producidos por sinterizado parcial de polvos de acero AISI 316 y 316L con tubos producidos de manera convencional de acero inoxidable. El objetivo es fabricar un conjunto soldado adecuado para depositar una membrana de base Pd, que recubra el sector poroso y el cordón de soldadura, con una alta selectividad al hidrógeno, para separar H2 de gases radiactivos producidos como residuo del proceso de producción de radioisótopos. Para ello se colaboró con un grupo del INCAPE, quienes cuentan con el conocimiento y la experiencia para la deposición de este tipo de membranas.
Se realizaron múltiples pruebas de soldadura sobre soportes porosos de AISI316 grado 0,5μm provistos por Swagelok y soportes porosos de AISI316L grado 0,2μm provistos por Mott. Se concluyó que los sustratos provistos por Swagelok pueden ser soldados adecuadamente con TIG, utilizando 20 A de corriente continua, polaridad inversa, sin aporte de material, 8L/min de argón nitrógeno, 2,5rpm. La unión resultante es adecuada para la aplicación en términos de tamaño de poros del conjunto soldado, calidad superficial de la soldadura y profundidad de penetración. De las pruebas realizadas con los sustratos porosos provistos por Mott se concluyó que el método TIG no es compatible con las exigencias de la soldadura requerida.
Los colaboradores del INCAPE depositaron una membrana ternaria de Pd-Ru-Ag sobre un soporte poroso de Swagelok. Se realizaron caracterizaciones sobre ésta, determinándose que es necesario mejorar el método para adaptarlo a la deposición de membranas sobre soportes tubulares con la longitud requerida en la aplicación
Técnicas de interrogación neutrónica para detección de sustancias peligrosas en contenedores portuarios
Get PDFLa detección de sustancias químicas de carácter peligroso, utilizando la radiación como técnica no intrusiva, se considera una herramienta posiblemente favorable para identificar compuestos ocultos en cargamentos. Para ello, y restringiendo el objetivo al sólo efecto de desarrollar una metodología de investigación de la presencia de sustancias de interés, se someterá a prueba un número limitado de sustancias tóxicas para el ambiente y por consiguiente, para la salud de los seres humanos con el objeto de probar la posible viabilidad de una técnica de detección en cantidades no inferiores al rango del kilogramo.
La técnica de detección neutrónica se aplicaría para el escaneo de grandes contenedores aduaneros en caso de presentarse alguna duda con los resultados obtenidos luego de realizar un escaneo con radiación X. El interés de identificar la presencia de sustancias tales como cadmio, cloro, mercurio y cromo se debe a las restricciones establecidas por la normativa local e internacional y debido a los numerosos antecedentes de impactos ambientales negativos producto de la incorrecta gestión de las mismas y causantes de innumerables casos de morbilidad y mortalidad en seres humanos.
Se han utilizado diferentes estrategias, a escala laboratorio, a fin de desarrollar una prescripción o metodología que permita identificar estas sustancias en situaciones desfavorables. Se ha comenzado a realizar mediciones con neutrones en el rango térmico y epitérmico y epitérmico solamente aplicando un acelerador lineal de electrones (LINAC). Los resultados obtenidos en estos experimentos fueron favorables dada la característica pulsada del equipo. Aplicando un arreglo de cuatro detectores centelladores de NaI(Tl) de 2 plg x 2 plg, estratégicamente ubicados para disminuir el contaje de radiación de fondo (en el texto identificada como background o Bg), se desarrollaron prescripciones que favorecieron la detección de los elementos químicos de interés. Los espectros individuales obtenidos al aplicar el acelerador también permitieron simular una mezcla homogénea a fin de acercarnos a un caso real de escaneo de contenedores donde se desconoce el Bg. Esta simulación, a través de la superposición de espectros, permitió experimentar con mediciones reales posteriormente al retiro de operación del LINAC.
En los años subsiguientes, se procedió a realizar mediciones experimentales con una fuente isotópica AmBe en los tres rangos de energía neutrónica (térmico y epitérmico, epitérmico y rápido), aplicando un detector semiconductor de mayor resolución en energía, Ge(Li). Este tipo de detector unido a la implementación de un arreglo donde se maximiza la relación señal-ruido, permitió identificar claramente las regiones donde debería aplicarse el análisis en un caso real, considerando la aplicación de detectores de menor resolución en energía y con un previsiblemente elevado Bg. También, se obtuvieron excelentes resultados al aplicar otras estrategias como cocientes entre los espectros térmicos y epitérmicos y los correspondientes epitérmicos.
Luego de realizar el estudio de las muestras irradiadas con neutrones en el rango térmico y epitérmico aplicando la fuente de AmBe, se ha avanzado en armar diferentes arreglos experimentales y simulaciones a fin de combinar las sustancias químicas que fueron estudiadas en forma independiente, con el objeto de poder corroborar si es factible identificarlas en situaciones más críticas, aún en las pequeñas cantidades manejables en los experimentos con fuente isotópica. Se implementaron mezclas de compuestos químicos con distintos arreglos de blindaje y moderación neutrónica y se incorporó un nuevo detector centellador de 3 plg x 3 plg, NaI(Tl), en adición al arreglo de detectores de 2 plg x 2 plg. Los resultados obtenidos enfatizaron la importancia de contar con un acelerador pulsado como también, la aplicación de detectores con la mayor resolución en energía económicamente posible y la implementación de un arreglo que permita maximizar la señal proveniente de la muestra.
Posteriormente se avanzó con un nuevo análisis que solo utilizó los espectros obtenidos con el LINAC, considerando que un acelerador es lo recomendable para ser utilizado a escala real en caso de un escaneo. Se aplicaron las regiones de interés seleccionadas para cada muestra estudiada individualmente, las cuales fueron divididas previamente por sus respectivas regiones de referencia. Los resultados obtenidos, en ambos rangos de energía, se dividieron entre sí (ROIth_x/ROIepi_x) con el objeto de desarrollar una nueva estrategia de detección. En esta nueva metodología se estudió si la prescripción desarrollada permite indicar la ausencia de un compuesto químico como también, la presencia del mismo en una mezcla presente en un cargamento. Los resultados permitieron afirmar que es posible
identificar la ausencia de determinados compuestos químicos y más difícilmente la presencia de algunos de ellos.
Estos procedimientos de detección buscan generar metodologías y/o prescripciones que permitan realizar escaneos de porciones del contenedor en tiempos breves de 5 minutos aproximadamente, a fin de obtener una pronta respuesta. Al agilizar dicha respuesta se propone ejecutar varios análisis en paralelo aplicando las prescripciones planteadas y buscando corroborar fehacientemente la información que se obtiene de los diferentes sistemas de procesamiento de datos. En caso de falla o duda en alguno de los resultados, se cuenta con la información suministrada por las otras metodologías desarrolladas, brindando una advertencia en caso de la presencia no declarada de una sustancia química.
Las prescripciones presentadas en la presente tesis, otorgan una nueva herramienta fidedigna que aporta a la detección de muchas de las sustancias químicas peligrosas en grandes contenedores portuarios, a fin de poder identificar el tráfico ilícito de las mismas en situaciones donde la señal proveniente de la muestra no es fácilmente identificable. Este trabajo de investigación permite otorgar estrategias que fortalezcan la implementación de herramientas de confirmación para el control transfronterizo de sustancias químicas
Aplicación de técnicas de análisis de señales en la identificación y caracterización de crisis epilépticas
Get PDFLa epilepsia es una enfermedad del sistema nervioso, la cual produce en la persona que la padece
eventos comúnmente llamados crisis epilépticas. Solamente el 70% de los casos son tratables con
medicina química convencional, el resto se deben someter a otros procedimientos (por ejemplo una cirugía
), o aprender a convivir con la enfermedad. En aquellos casos que se sometan a un procedimiento
quirúrgico, es habitual previo a la cirugía curativa, realizar un estudio utilizando un electroencefalograma
(EEG) con electrodos intracraneales. Con el fin de determinar la zona inicial de la crisis y
sus caminos de propagación con precisión, se registra la actividad eléctrica del cerebro por períodos
de tiempo extensos, del orden de 1 semana. Por este motivo y con el n de facilitar el trabajo de los
neurólogos, se diseñan algoritmos de detección automáticas de crisis.
La cantidad de potencia en diferentes bandas de frecuencias de un EEG intracranial porta información
acerca del estado del paciente. Por otro lado, los neurólogos están entrenados para analizar
estas señales en las bandas de frecuencia delta, theta, alpha, beta y gamma. En este trabajo realizamos
un análisis de componentes principales sobre una ventana deslizante a través de la señal de cada
electrodo del EEG filtrada en las 5 bandas mencionadas, el cual nos permitió desarrollar un método
no supervisado que detecta anomalías transitorias en la cantidad de potencia sobre alguna banda en
específica, o una combinación de ellas. Las crisis son detectadas automáticamente una vez que el valor
del componente principal cruza un umbral previamente establecido. Una vez diseñado y optimizado
el algoritmo de detección, utilizamos etapas intermedias del procesamiento para caracterizar las crisis
presentes en la base de datos, con el n de encontrar correlaciones entre las señales electrosiológicas
procesadas, y el nivel de pérdida de conciencia del paciente, aspectos cognitivos del evento y el área
de donde provienen dichas señales.
Teniendo en cuenta el criterio de los médicos como verdad absoluta, y corriendo el algoritmo sobre
30 crisis de 5 pacientes diferentes con un promedio de 10 puntos de registros involucrados por paciente,
obtenemos 83% de verdaderos positivos con 17% de falsos positivos para detección de crisis, y 81%
de verdaderos positivos con 19% de falsos positivos para la detección de electrodos involucrados. Para
identificar la correlación entre el comportamiento y las anomalías electrosiológicas, identificamos
cambios transitorios en la varianza de cada banda de frecuencia correlacionados con el nivel de pérdida
de conciencia del paciente, mensurado con el índice Consciousness Seizure Scale (CSS), el cual promedia
el desempeño del paciente en 8 pruebas comportamentales llevadas a cabo por personal médico
durante la crisis. Las crisis con mayor compromiso de conciencia tienden a exhibir un incremento en
la varianza aproximadamente 40 segundos después del inicio de la crisis. En las mismas, el autovector
asociado al autovalor principal contiene un significativo aumento de potencia en las bandas theta y
alpha, y una disminución en la delta y beta. Luego analizamos las correlaciones electrosiológicas
de las diferentes funciones cognitivas que componen el CSS. Encontramos que las pruebas que se relacionan
con un trastorno de la memoria están positivamente correlacionadas con la duración total
de la crisis, con una correlación máxima entre las anomalías eléctricas y la prueba comportamental
aproximadamente 60 segundos luego de iniciada la crisis. En cambio, las pruebas relacionadas con
la habilidades de interacción del paciente, están correlacionadas positivamente con la velocidad de
propagación de la crisis sobre las áreas reclutadas, con una correlación máxima entre las anomalías
eléctricas y la prueba comportamental aproximadamente 30 segundos después del inicio. Finalmente,
analizamos la dependencia de estas correlaciones con la posición espacial de los electrodos implantados.
La alteración de las funciones mnemónicas se vio correlacionado con las crisis provenientes del
lóbulo temporal, mientras que las afecciones a las funcionalidades de interacción y comunicación se
vieron correlacionadas con crisis focalizadas en el lóbulo frontal.
Con esto concluimos que, en los pacientes analizados, la señal registrada con electrodos intracraneales
revela perfiles temporales específicos en crisis con mayor disrupción de la conciencia. Aún más,
las diferentes capacidades que sostienen el procesamiento consciente siguen perles espacio-temporales
discernibles. Por lo tanto, creemos que el método propuesto en este trabajo tiene el potencial de caracterizar
las crisis de forma espacial y temporal además de poder caracterizar aspectos cognitivos del
episodio
Implementación de modelos Lattice Boltzmann para flujo multifásico con transferencia de calor en unidades de procesamiento gráfico
Get PDFEn este trabajo se implementó un código numérico para resolver problemas de
mecánica de fluidos con transferencia de calor en flujos multifásicos con cambio de
fase utilizando Unidades de Procesamiento Gráfico (GPU). Se utilizó la arquitectura
de las GPU por su diseño, el cual permite realizar la ejecución de instrucciones con
elevado nivel de paralelismo, y así reducir los costos computacionales de los algoritmos
involucrados.
El modelo de lattice Boltzmann (LBM) pseudopotencial es el utilizado para abordar
los problemas de interés, el cual resuelve de manera indirecta ecuaciones diferenciales
no lineales por medio de ecuaciones lineales más sencilla, y además tiene la ventaja de
resultar altamente paralelizable. En particular, para el presente trabajo se utilizó un
LBM con dos ecuaciones pseudopotencial con operador MRT.
El código realizado se implementó en los lenguajes de programación C, Cuda C y
Python, en dónde el desarrollo del proyecto se llevó a cabo mediante la herramienta
CMake con la posibilidad de seleccionar su tipo de variables (float o double). El
proyecto se planificó para que los kernels de Cuda C compilados puedan ser implementados
en un script de Python con su módulo PyCuda.
La validación del código se realizó en CPU y GPU para diferentes problemas
numéricos. Se realizó una comparación entre los tiempos de cálculo del código en los
diferentes lenguajes utilizados, en donde se obtuvo que la implementación en Cuda
C llega a ser 23 veces más rápida que el equivalente en C para un único proceso, en
las GPU y CPU evaluadas durante este Proyecto Integrador. Por otro lado, al realizar
la comparación del código implementado en PyCuda con respecto al equivalente en
Cuda C, se obtuvo que el primero es alrededor de un 10% más lento que el segundo.
En cuanto a la comparación de la conveniencia de utilización de tipos de variable float
o double, se obtuvo que la diferencia porcentual entre las precisiones es cercana al
0,003 %, y que el tiempo de cálculo en variables tipo double es aproximadamente un
25% mayor que en float
Clasificación de señales Doppler de ecos radar usando deep learning
Get PDFEn esta tesis se muestra el desarrollo de un clasificador de blancos terrestres, tales
como personas, animales, automóviles y tanques, a partir de sus firmas micro-Doppler
obtenidas con un radar pulsado que opera en banda X. El proceso de clasificación se
divide en dos etapas principales. La primera transforma las señales Doppler (dominio
temporal), obtenidas por el radar a partir de los ecos de los blancos, a una secuencia
de imágenes que se construyen a partir del espectrograma de porciones de dicha señal.
La segunda etapa, el clasificador propiamente dicho, se implementa utilizando redes
neuronales convolucionales (CNN), enmarcadas en la categoría de modelos de Deep
Learning y que son ampliamente utilizadas en la clasificación de distintos tipos de
imágenes. Diversas arquitecturas y parametrizaciones han sido analizadas para evaluar
su desempeño al utilizar un dataset de señales de radar reales, verificándose finalmente,
que el proceso de clasificación desarrollado es adecuado para esta aplicación, presentando
un muy buen desempeño, y que es viable una implementación de tiempo real
dentro de una plataforma radar.
Si bien el enfoque principal del desarrollo es implementar el proceso de clasificación
usando imágenes de espectrogramas, también se analizan diversas alternativas, como
por ejemplo escalogramas construidos usando transformaciones wavelets discretas. Se
implementa también un proceso de detección de segmentos útiles de la señal Doppler
a los fines de mejorar la calidad de las muestras de entrenamiento y evaluación, como
así también mejorar la calidad del producto clasificación entregado al usuario radar
(pos-procesamiento)
Evaluación de nuevas secuencias de MR para la detectabilidad de lesiones pulmonares en sistema PET/MR.
Get PDFLa tomografía computada es la referencia estándar actual para la detección de nódulos pulmonares con diámetros milimétricos, aunque no provee información del grado de malignidad, por lo que dichos nódulos quedan inespecíficos y se realiza un seguimiento
y control de la evolución de los mismos en el tiempo. En un paciente oncológico, el factor de riesgo es mayor, y la probabilidad de hallar un nódulo pulmonar maligno con diámetro menor a 8mm se hace mayor, y requiere de su detección temprana para la
estadificación de la misma, de esta forma se ofrece un mejor tratamiento terapéutico al paciente. Para lograr aquello, los sistemas híbridos PET/MR y PET/CT son los preferidos, ya que brindan información anatómica y metabólica del nódulo pulmonar.
Contar con una secuencia MR que permita identificar nódulos con diámetros milimétricos con mayor sensibilidad que las actualmente utilizadas, y junto a la información metabólica obtenida con PET permitirían caracterizar el nódulo pulmonar en etapa
temprana cambiando incluso la estadificación de la enfermedad. En este estudio se evaluó la sensibilidad en la detección de nódulos pulmonares con diámetros pequeños mediante la secuencia FRFSE-XL, comparándola con los resultados obtenidos para la
secuencia STIR, utilizada actualmente en FUESMEN. Además, se evaluó el desempeño en la calidad de adquisición de imágenes MR, de manera cualitativa, mediante la evaluación del grado de ruido y artefactos encontrados en la imagen; y de manera cuantitativa, mediante los parámetros de la razón señal-ruido y contraste-ruido. Para obtener estos parámetros cuantitativos, se utilizó un método que obtiene el ruido en una región sin señal de tejido. Se realizó una clasificación en función del grado de malignidad mediante la comparación en el aumento/decremento de la captación del radiotrazador FDG medido en dos diferentes tiempos. Los resultados obtenidos muestran que la secuencia MR con mejor sensibilidad para el estudio de nódulos pulmonares milimétricos es la secuencia FRFSE-XL BH (modo apnea), cuya sensibilidad alcanza el 34% en nódulos menores a 4mm, sube al 71% para nódulos entre 4 y 8mm; y aumenta al 90% para nódulos mayores a 8mm. Mediante la clasificación del grado de malignidad, se identificaron 24 nódulos con alta probabilidad de malignidad, 39 nódulos con probabilidad de malignidad, 6 con probabilidad de benignidad y 38 con alta probabilidad de benignidad. Se observó que el nódulo maligno con menor diámetro detectado fue de 3.4mm en FRFSE-XL BH. La evaluación de la SNR y CNR obtenidas son mayores para la secuencia FRFSE-XL GAT y FRFSE-XL BH. El análisis cualitativo mostró
una puntuación mayor para la secuencia FRFSE-XL BH y una puntuación mínima para la secuencia STIR, debido en parte a su dependencia al movimiento
Transferencia de aprendizaje aplicado a reconocimiento de patrones en imágenes médicas
Get PDFEn el presente trabajo se aplicó la técnica de transferencia de aprendizaje
a la tarea de clasificación de imágenes de fondo de ojo, para la detección
de retinopatía diabética utilizando un set de datos en el rango de muy pocas
imágenes. La transferencia de aprendizaje se realizó utilizando las redes
Xception, Inception V3 y DenseNet 169, preentrenadas con la base de datos
ImageNet. Se realizó un finetuning de los pesos, utilizando las técnicas de
dropout, regularización L2 y data augmentation para mejorar la generalización
durante el entrenamiento. Se emplearon las técnicas CAM y Guided
Grad CAM con el fin de observar las regiones de mayor importancia en las
imágenes a la hora de realizar una clasificación. Se corroboró que los criterios
aplicados por las soluciones encontradas son apropiados para este problema.
Se logró una precisión de 76% empleando imágenes de 224x224 pixeles, y
una precisión de 84% con imágenes de 448x448. A la salida de la anteúltima
capa de red y se aplicó el método de reducción de dimensionalidad t-SNE,
observando una relación entre formación de clusters en un espacio de pocas
dimensiones y un patrón diferenciable para cada categoría en la salida. Finalmente,
se calculó el área bajo la curva ROC para una base de datos de
testeo, obteniendo un valor de 0.91
Canales de comunicaciones inalámbricas MIMO: simulación y evaluación de performance
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Fatiga en materiales con memoria de forma : iniciación y crecimiento de fisuras por fatiga
Get PDFLos materiales con memoria de forma (MMF) exhiben propiedades mecánicas
particulares que los hacen interesantes debido a los fenómenos físicos involucrados y al
gran potencial que poseen para el desarrollo de aplicaciones tecnológicas. Estas
propiedades mecánicas incluyen comportamientos característicos como el efecto
memoria de forma simple, el efecto pseudoelástico, la deformación térmica bajo carga
constante y el efecto doble memoria.
El motivo de estos singulares comportamientos reside en la ocurrencia de
transformaciones de fase martensíticas termoelásticas en estos materiales. Estas son
transformaciones sólido-sólido, sin difusión, que consisten en un cambio de estructura
cristalina y cuyo efecto macroscópico es equivalente a una deformación de corte. En
particular en esta tesis se analiza el comportamiento pseudoelástico que involucra
deformaciones reversibles del orden del 8 %.
En el presente trabajo se estudia el comportamiento pseudoelástico bajo
condiciones de carga cíclica uniaxial de alambres comerciales de NiTi (Ti-50,9 at. % Ni)
con tamaño de grano ultrafino. Se investiga la dependencia de la evolución del
comportamiento pseudoelástico en el caso de ciclos parciales y completos, analizando
tanto los aspectos funcionales como estructurales asociados al ciclado pseudoelástico, a
lo que nos referimos en esta tesis como el estudio de la fatiga intrínseca.
Del análisis de los resultados de ensayos de fatiga funcional se definen
limitaciones y requerimientos que dan lugar a la propuesta de una nueva metodología de
ensayo uniaxial para caracterizar la fatiga intrínseca de alambres de NiTi superelástico.
Con la nueva metodología desarrollada, se investiga la influencia de la
transformación martensítica inducida por tensión en la vida a fatiga de los alambres de
NiTi. A partir del análisis de los ensayos se concluye que la caída de las tensiones críticas
de transformación no depende de la cantidad de material transformado sino del número
de transformaciones que experimenta el material. También se concluye que la vida a
fatiga no dependería del rango de deformación / tensión aplicada ni de la
deformación / tensión media haciendo determinante la cantidad de ciclos de
transformación, lo que indica el gran daño acumulado en el alambre cada vez que el
frente de transformación pasa por una determinada zona.
Los resultados muestran además que la evolución de las propiedades funcionales
tiene lugar en todo el ciclado hasta la rotura del alambre, aunque dicha evolución tiene
lugar a una tasa de variación que disminuye con el número de ciclos aplicados. Esto
indica que la evolución de las propiedades funcionales podría estar asociada a la
acumulación de daño intrínseco por fatiga y por lo tanto, el fenómeno de fatiga mecánica
en alambres de NiTi debería estudiarse relacionando tanto los aspectos funcionales como
estructurales asociados al ciclado pseudoelástico.
Finalmente es importante remarcar el aporte generado con la propuesta de la nueva
metodología de ensayo uniaxial para poder analizar el comportamiento intrínseco a fatiga
de alambre de NiTi superelástico. Este método contribuirá sin lugar a dudas en el avance
del conocimiento de los mecanismos de daño asociados al movimiento del frente de
transformación, que resulta ser de vital importancia en la vida a fatiga en condiciones de
ciclado pseudoelástico. Esto permitirá avanzar en la propuesta de nuevos modelos
específicos para explicar el fenómeno de fatiga de materiales superelásticos