Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Diseño y fabricación de una ortesis programable para desviaciones laterales de la rodilla pediátrica
Full text linkSe diseñó y fabricó una ortesis programable para corregir desviaciones laterales de la rodilla, mediante la aplicación de cargas cíclicas especificadas por el personal de salud para cada paciente. Dicha carga es un momento sobre la articulación que contrarresta
la desviación. Tanto el período, como los valores de carga máxima y mínima y las fracciones de tiempo que es aplicada cada una pueden programarse según se requiera.
Se identificaron los requerimientos del dispositivo, entre ellos características ergonómicas, de funcionamiento, de seguridad y de facilidad de uso. En base a ello, se separó el diseño en tres sistemas: el actuador, el sistema electrónico y de control y el sistema de fijación.
Se optó por la utilización de materiales con memoria de forma (MMF) como actuadores. Para el sistema electrónico y de control se implementó un control mediante sensado de temperatura, correlacionando esta variable con la carga aplicada a partir de una caracterización termomecánica del comportamiento del dispositivo. Se utilizó un controlador PI. Se realizó la electrónica de acondicionamiento necesaria para su correcto funcionamiento. Para la modificación de parámetros se programó una interfaz gráfica.
Para el sistema de fijación, aparte de los requerimientos de comodidad y ergonomía, se tuvo en cuenta que debe vincular el actuador y el sistema electrónico y de control.
Se caracterizó mecánicamente el actuador, verificando que es posible aplicar una carga variable entre 1,1 Nm y 1,5 Nm, en un rango de desviaciones de hasta 11º, cumpliendo el objetivo de diseño inicial
Evolución térmica y fases cristalinas de vidrios de fosfatos de óxido de hierro con uranio y sinterización vía fase líquida de óxidos de uranio
Full text linkLa investigación y análisis plasmados en este trabajo de tesis doctoral, se enfocaron en el estudio de composiciones vítreas de fosfatos de hierro para la inmovilización de residuos nucleares de óxidos de uranio y bismuto. Motivados por proponer una alternativa a la problemática de los combustibles nucleares gastados, para su gestión como residuos radiactivos de alta actividad. Se fundieron a ∼1300°C en aire, vidrios sólidos de nuevas composiciones denominados RRx (x=1-7) para vidrios con UO_2, y, RBx (x= 6-7) RB6M para vidrios con Bi_2O_3.
Se miden Tg (temperatura de transición vítrea), TS (temperatura de ablandamiento del vidrio), TC (temperatura de cristalización), el cociente Fe"2+/Fe"3+, y α (expansión térmica), de vidrios de fosfato de Fe conteniendo hasta 20wt% de óxidos de U y/o Bi. Las composiciones químicas finales oscilaban en los rangos: 55-68wt%P_2O_5, 18,6-27Fe_2O_3, 10,2-18,9 UO_2,67 (o en su caso Bi_2O_3) y alrededor de 6% (Na_2O+MgO+ Al_2O_3); el MgO y la Al_2O_3 provienen de la corrosión al crisol de alúmina + MgO usado en las fundiciones.
Los procesos de cristalización dieron fases principales de FePO4, Fe3+2 Fe2+(P2O7)2, Fe (PO3)_3, cuantificados mediante la energía de activación asociada a la cristalización, a través del análisis de las exotermas de cristalización medidas con DTA y/o DSC en vidrios con residuos de UO_2 o de Bi_2O_3 en el rango (0-20%). Los datos se computan mediante el método de Kissinger (corrimiento de pico de cristalización con la velocidad de calentamiento) y el método de Marotta aplicado a solo una curva de DTA por muestra y que analiza la forma del pico de cristalización. Para el método de Marotta, por ej., se verificó que para vidrios modelos anteriores, con exotermas de cristalización bien definidas; los valores obtenidos fueron 36.7 para AR4, 81.3 (AR5) y 27.7 kcal/mol (AR2). Se observa que (i): al pico exotérmico más agudo, AR5, le corresponde una energía E tal que E es la mayor de todas; y para AR4 y AR2 se verifica muy bien (ii) que para el pico más ancho (por ej a la ´semi altura´ de la exoterma) la energía de activación para el crecimiento ´bulk´ de cristales la E es la menor de todas. Los valores promedio para la Eact de 68 (Buri-Marotta) y 44 kcal mol"-1 (Kissinger) fueron comparables.
De manera experimental, diversas espectrometrías dieron información útil para la descripción de su estructura y el rol del uranio en la red de vidrios resultante. Además del Na, se consideró la influencia de óxidos modificadores como el MgO, en las temperaturas características de los vidrios: se diseñan otras nuevas composiciones químicas complementarias de fosfatos de Fe y altos contenidos de óxido de U: RR60 (0 % Na_2O), RR62 (5% Na_2O) , RR63 (12% Na_2O), pero con altos contenidos de Na2O para aumentar la fluidez del vidrio y altos contenidos de alúmina para mejorar la durabilidad química del vidrio composite resultante. Se estudió la dilatación de muestras masivas resultando coeficientes de dilatación térmica lineal del orden de 30x10"-7 °C"-1 para la composición RR60 sin agregado de Na_2O hasta 182x10-7 °C"-1 para RR63 con 7,81wt% de Na_2O.
Se obtienen primeros resultados de durabilidad química, indicando que la cantidad total extraída, luego del ensayo de leaching, aumentaba monoatómicamente con la cantidad de Na_2O en el vidrio.
Asimismo, se analizó la sinterización y densificación de pellets de polvos con las técnicas HSM (Hot Stage Microscope) y la dilatométrica, y las energías de activación involucradas en el flujo viscoso responsable de la etapa inicial en la densificación dan valores parecidos para los vidrios antiguos comparados con las nuevas composiciones. Este procesamiento es de interés, pues ofrece una ruta paralela a la de fusión a temperatura claramente menores.
Se verifica indirectamente que para los nuevos vidrios con UO2 el agregado de UO_2 aumenta la viscosidad del vidrio y lo fortalece (mayor módulo elástico) y menor expansión térmica. Por el contrario adiciones de Bi2O3 parecen debilitar la estructura vítrea pues la expansión térmica aumenta y las exotermas de cristalización se corren a menores temperaturas aumentando el contenido de óxido de Bi. Sin embargo, agregados de MgO al vidrio RB6M de fosfato de Fe y Bismuto estabilizan la red fosfática incrementando las Tg y reduciendo la expansión térmica.
También resulta importante la aparente interacción oxidante tipo redox entre el conjunto U"4+-U"5+-U"6+ y aquella de iones de Fe: Fe"2+-Fe"3+. La presencia del redox entre iones de U provoca la oxidación del Fe"2+ a Fe"3+ lo que a su vez provoca el incremento en la resistencia
al leaching y estabilidad vítrea. Del agregado de óxido de U a la matriz vítrea de fosfato de Fe, resultaron tópicos de gran interés fundamental en vidrios como el aumento de viscosidad, del módulo elástico y la reducción en expansiones térmicas
Estudio numérico de metamateriales y estructuras de tensegridad
Full text linkEn este trabajo se realizó un análisis numérico del comportamiento y la estabilidad de estructuras formadas por celdas de tensegridad bidimensionales. Estas celdas se distinguen por su configuración de elementos barras a compresión, que son estabilizados por cables en tensión. Se exploraron tres variantes de diseño de celdas, que, a pesar de compartir una configuración nodal idéntica, difieren en la manera en que sus nodos están conectados. Los diseños investigados se denominaron Celdas con Barras Aisladas Tipo 1, Celdas con Barras Aisladas Tipo 2, y Celdas con Barras Conectadas.
El estudio incluyó el desarrollo e implementación de un algoritmo basado en metodologías de elementos finitos con control de desplazamientos para sortear las no linealidades y bifurcaciones en estructuras de tensegridad. Se observó que en estructuras compuestas con distintas cantidades de filas y columnas de un mismo diseño de celda, exhiben comportamientos estructurales similares en configuraciones geométricas simétricas, independientemente de la cantidad de celdas. En configuraciones simétricas, las estructuras con barras aisladas tienen un comportamiento idéntico, pero difieren en configuraciones asimétricas post-bifurcación. Las estructuras con barras conectadas mostraron mayor resistencia a la carga. Se identificaron bifurcaciones finitas de pandeo tipo Pitchfork en estructuras compuestas por los tres tipos de celdas.
Se investigó qué propiedades geométricas y materiales tienen una mayor influencia en el comportamiento de estructuras con celdas de barras aisladas, destacándose una mayor sensibilidad al radio de giro de las barras. Además, un estudio numérico reveló que imperfecciones del 5% en la construcción pueden desestabilizar estructuras con celdas de barras aisladas tipo 2, particularmente a través de perturbaciones en las posiciones de los nodos.
Por último, se realizaron validaciones experimentales de las leyes constitutivas propuestas para el post-pandeo de barras doblemente articuladas, se encontró que estas leyes modelan efectivamente las curvas carga-desplazamiento, pero no reflejan la pequeña rigidez residual post-pandeo. Adicionalmente, se compararon resultados experimentales con resultados numéricos en una estructura de tensegridad bidimensional simple
Desarrollo de técnicas de Monte Carlo para el problema neutrónico adjunto
Full text linkEste proyecto integrador aborda el desafío del cálculo de la función importancia en sistemas de gas libre, con el objetivo de desarrollar y verificar métodos eficaces para este propósito. La función de importancia es crucial en la neutrónica para evaluar la seguridad de los reactores, optimizar sistemas, gestionar combustibles y reducir la varianza en simulaciones de Monte Carlo, entre otras aplicaciones. Se investigaron métodos directos e inversos y se propusieron implementaciones específicas para abordar este desafío.
Se desarrolló un código de Monte Carlo que permite simular partículas en sistemas de gas libre, sorteando la velocidad del núcleo blanco. Los moderadores simulados fueron hidrógeno y deuterio. Se realizó un análisis exhaustivo de las bases teóricas de los
métodos directos e inversos para comprender su fundamento y su aplicabilidad en el contexto de esta investigación. Los métodos implementados en este trabajo incluyen el método CHAR-0, el método SWAP y el método INVERSO. Para el scattering de gas
libre, se tuvo en cuenta la velocidad del blanco sorteándola, siendo la primera vez que se hace para método SWAP.
CHAR-0 es un método directo-modificado que se basa en la simulación individual de partículas, teniendo en cuenta sus condiciones iniciales. Fue sometido a verificaciones y comparaciones con simulaciones directas, demostrando una concordancia satisfactoria
entre los resultados obtenidos.
SWAP es un método inverso que se basa en la simulación de partículas inversas con distribución de energía maxwelliana. Se aprovecha del principio de balance detallado para utilizar el kernel de scattering directo en un problema inverso. Se aplicó a partículas con energías inferiores a 0,4 eV y se sometió a verificaciones y comparaciones con CHAR-0, demostrando una concordancia satisfactoria entre los resultados obtenidos.
INVERSO es un método inverso que se fundamenta en la generación de espectros de importancia a partir de la inversión del kernel de scattering, permitiendo simular partículas en sistemas de gas libre en estas condiciones energéticas. Se aplicó a partículas
con energías superiores a 400 kT y se sometió a verificaciones y comparaciones con
CHAR-0, demostrando una concordancia satisfactoria entre los resultados obtenidos. Un hito importante de este trabajo fue la integración de los métodos CHAR-0 y SWAP en el código abierto de OpenMC. Esta integración permitió aumentar considerablemente
la capacidad de cálculo, además de aumentar las capacidades de simulaci´on de OpenMC.
Luego de realizar verificaciones adicionales para las implementaciones en OpenMC, se utilizó para el cálculo de la importancia en un caso de prueba. En este mismo se calculó la importancia para un haz térmico tangencial, en una pileta de agua pesada
como podría ser la de un reactor experimental tipo RA-10. Se obtuvieron resultados satisfactorios para este caso de prueba.
Se ha logrado avanzar en el conocimiento teórico y práctico de estos métodos, así como en su aplicación en un código de simulación de partículas ampliamente utilizado como OpenMC
Diseño de dispositivo para la caracterización funcional de aleaciones de NiTi con memoria de forma
Full text linkEn el presente trabajo se expone el desarrollo de un dispositivo para la caracterización funcional de aleaciones de NiTi con memoria de forma. Se trata de una máquina de ensayos uniaxiales que permitirá estudiar las propiedades funcionales de las aleaciones, así como también su evolución frente a distintos esquemas de ciclado termomecánico.
Luego de un estudio teórico del comportamiento de las aleaciones, se fijaron los requerimientos objetivo a satisfacer por la máquina. Se determinó que esta debe ser capaz de aplicar ciclos de carga termomecánica sobre muestras de ensayo de hasta 5 cm
de longitud; ejerciendo fuerzas de hasta 1 kN en tracción y compresión, permitiendo elongaciones y contracciones de hasta 5 mm e imponiendo variaciones de temperaturas entre la temperatura ambiente y 100 °C.
En el trabajo se presenta el desarrollo de la ingeniería de detalle de la máquina y su sistema de actuación. Se incluyen también el diseño de un sistema de sensado y adquisición de datos y uno de control de temperatura de la muestra.
Se llevó a cabo un estudio de múltiples sistemas de actuación hasta finalmente seleccionar y luego desarrollar el más adecuado para esta máquina en particular. Se plantea un dispositivo capaz de aplicar fuerzas en un rango de desplazamientos dado
independientemente de la posición de aquello sobre lo que se aplica la fuerza. Se diseñó y construyó un prototipo físico funcional del sistema de actuación que demostró la factibilidad práctica de la solución propuesta. En base a este prototipo se diseño el
sistema de actuación final de la máquina de este trabajo.
El diseño final resulta en un dispositivo capaz de satisfacer los requerimientos objetivos inicialmente propuestos
Fluctuaciones espacio-temporales en redes de vórtices: hiperuniformidad, fusión bajo acoplamiento magnético y dinámica en medios desordenados
Full text linkEn esta tesis estudiamos diferentes aspectos de las redes de vórtices en superconductores
de alta temperatura crítica, los cuales emergen de la competencia entre
fluctuaciones
térmicas, interacciones entre vórtices, desorden y corrientes aplicadas. Mediante simulaciones
numéricas estudiamos la transición de fusión de la red de vórtices como función
de la anisótropa y las interacciones magnéticas, a partir de un modelo XY tridimensional
modicado. Posteriormente, mediante un tratamiento hidrodinamico analtico,
clasicamos si las diferentes fases de la materia de vortices con desorden de acuerdo
a las
fluctuaciones de gran longitud de onda en la densidad, validando los resultados
con simulaciones numéricas y comparando con datos experimentales. Finalmente, estudiamos
numéricamente las propiedades estadísticas del no equilibrio de una línea de
vórtice impulsada en un medio desordenado.
Para la transición de fusión, utilizamos el modelo XY tridimensional uniformemente
frustrado, introduciendo las interacciones magnéticas generadas por las supercorrientes
mediante una frustración adicional calculada de forma autoconsistente. Esta frustración
, llamada campo de sustrato, estabiliza la fase solida reduciendo el efecto de las
fluctuaciones térmicas e incrementando el salto de entropía en la transición. Nuestros
resultados muestran que la variación de la intensidad del campo de sustrato es
aproximadamente equivalente a cambiar el campo magnético externo. Esta intensidad,
representa una escala de energía adicional en la energía libre, por lo que existe una
curva de fusión universal. Esta curva muestra que el máximo de salto de entropía
corresponde al punto en que la transición cambia su carácter de tridimensional a bidimensional,
es decir la fusión del solido a un líquido de líneas o un líquido de panqueques,
respectivamente.
Encontramos que la teoría hidrodinámica de lneas interactuantes predice que en
general los sistemas tridimensionales no son hiperuniformes. Sin embargo, si se analiza
un corte bidimensional transversal al campo aplicado, tanto el líquido de vórtices,
como la red de Abrikosov son hiperuniformes tipo II (S(q) ≈ q). La presencia de
desorden tiene un efecto importante en esta propiedad. Para un desorden puntual
débil, el liquido permanece hiperuniforme, pero para la fase de baja temperatura la
hiperuniformidad se vuelve marginal. Para desorden columnar, la hiperuniformidad
se destruye tanto para el líquido como para el vidrio de Bose. Si el desorden es de
tipo planar, existe un comportamiento anisotrópico del factor de estructura, siendo
el líquido no hiperuniforme en la dirección transversal a los defectos e hiperuniforme
para el resto de las direcciones. Para la fase de baja temperatura, por el otro lado,
la hiperuniformidad se suprime en todas las direcciones, pero de forma mas fuerte
en la dirección transversal a los defectos. Los datos experimentales de posiciones de
vórtices en el espacio real, obtenidas mediante decoraciones magnéticas, confirman
nuestras predicciones. Adicionalmente, estos datos muestran que existen fuertes efectos
de memoria de la fase liquida, debido a que los tiempos de relajación de las fases
vidriosas son extremadamente grandes.
Con respecto a la transición de desanclaje de una línea de vórtice aislada, impulsada
en un medio desordenado tridimensional, encontramos que es valida la aproximación
planar propuesta por Ertas y Kardar 1996. Esta aproximación establece que las propiedades
en la dirección de la fuerza impulsora (dirección paralela) son equivalentes
a la de una cuerda elástica impulsada en un medio desordenado bidimensional. Las
propiedades de la parte transversal, por el otro lado, son equivalentes a las de una
cuerda con temperatura en un medio bidimensional, con una temperatura efectiva depende
del avance de la línea en la dirección paralela. Mediante cálculos analíticos,
predecimos la dinámica derivada de la aproximación planar y sus exponentes críticos
en la transición de desanclaje. Posteriormente, validamos estas predicciones calculando
los exponentes críticos mediante simulaciones numéricas. Adicionalmente, encontramos
que en régimen de altas velocidades, las
fluctuaciones inducidas por el desorden imitan
a las
fluctuaciones térmicas, en ambas direcciones.
Estudiando la dinámica de una partícula impulsada en un medio desordenado, encontramos
que la temperatura efectiva inducida por desorden, depende de la velocidad
y de la naturaleza microscópica del desorden. Relacionando la temperatura efectiva
(Teff) con la dispersión inducida por el desorden (D) mediante una relación de Einstein
generalizada, estudiamos esta propiedad analíticamente utilizando un modelo sobreamortiguado.
Encontramos que D α f"-1 si es desorden es tipo random field y
que Dα f"-3 si es desorden es tipo random Bond. Mediante simulaciones numéricas
validamos estos resultados y encontramos que persisten para diversos modelos, los cuales
incluyen partículas masivas, brownianas, en medios uni o bidimensionales, con o
sin grados de libertad internos, en particular modelos micromagnéticos de paredes de
dominio magneticas en pistas ferromagneticas desordenadas unidimensionales
Diseño de un fantoma para auditorías dosimétricas remotas en braquiterapia de alta tasa de dosis
Full text linkUna de las herramientas esenciales de un programa de QA en radioterapia, que contribuye
a garantizar exactitud en la dosimetría de sus tratamientos, es el uso de auditorias dosimétricas.
El objetivo de este trabajo fue evaluar la factibilidad de implementar un programa de
auditoría dosimétrica postal de nivel II en braquiterapia de alta tasa de dosis (BT HDR) con
fuente de 192"Ir por primera vez en Argentina, basando la dosimetría en el uso de luminiscencia
ópticamente estimulada (OSL).
Para esto, se diseñó y construyó un fantoma solido en PMMA de 80x140x80 mm"3 con dos
canales para introducir la fuente y una ranura para colocar un dosímetro OSL nanoDot. El
diseño mostró ser resistente a envíos por correo postal, práctico, portátil y económico. Para
medir la dosis, se caracterizó y calibró un lote de dosímetros con el equipo Gammamed Plus
iX, el cual aloja una fuente de 192"Ir. Se determinaron factores de influencia en el cálculo de
dosis propios de los OSLDs, y se analizaron posibles situaciones fuera del protocolo propuesto.
Posteriormente, se implementó un estudio piloto de auditoría dosimétrica en colaboración con
3 centros de RT de Argentina, para lo cual se desarrolló un protocolo con instrucciones de
planificación e irradiación, una hoja de trabajo y una encuesta para evaluar la calidad del
programa propuesto, que se enviaron junto con el fantoma y los dosímetros. Como instancia
final, se confeccionó un informe con los resultados obtenidos, el cual fue presentado al físico
médico responsable de realizar la medición.
Los resultados de la caracterización de los OSLD fueron muy satisfactorios, estando todos
los factores de influencia dentro de límites publicados internacionalmente. La incertidumbre
para el cálculo de dosis con el sistema dosimétrico propuesto fue del ±4% con un nivel de
confianza del 95 %. A partir de este valor se estableció como nivel de aceptación ´optimo
aquellas desviaciones porcentuales entre la dosis reportada por el TPS del centro y la dosis
medida con OSLD, menores al ±4 %; y aceptables, aquellas desviaciones entre el ±4% y ±5 %.
En este contexto, los resultados obtenidos en los 3 centros se encontraron dentro del limite
´optimo, independientemente del equipo HDR auditado. Asimismo, a través de la encuesta,
los centros indicaron sensaciones positivas hacia el proyecto, destacando la facilidad de uso
del fantoma y la claridad de la instrucciones tanto para planificación como para irradiación.
Como conclusión, en esta primera experiencia se obtuvieron resultados muy alentadores,
tanto en el uso de los OSLDs como dosímetros para 192"Ir, como del estudio piloto en sí, que
serviría de base para un futuro programa oficial de auditorías dosimétricas en BT HDR por
primera vez en nuestro país
Efecto de la proximidad con metales no magnéticos y materiales ferromagnéticos en la inestabilidad de Larkin-Ovchinnikov en sistemas superconductores desordenados
Full text linkConocer las velocidades límites alcanzables por los vórtices superconductores en la
disipación es de utilidad por varias razones. Primero, es útil para realizar una medici
ón indirecta del tiempo de relajación de cuasipartículas, parámetro necesario para
el diseño y fabricación de detectores de fotones únicos basados en nanoalambres superconductores
(SNSPD). Cuanto mayor sea la velocidad alcanzada por los vórtices,
más pequeño es dicho tiempo y por lo tanto mayor resolución puede tener un detector.
A su vez, es interesante dado que cuando las velocidades alcanzadas son de car´acter
supersónico, aparece nueva física emergente asociada a radiación Cherenkov y ondas
de espín en híbridos superconductor/ferromagneto.
Se conoce que hay diversos factores que impactan en las velocidades alcanzables.
Por mencionar algunos, se tiene el efecto de la rugosidad de las láminas superconductoras
y los efectos de proximidad con capas magnéticas. Esto motivó la fabricación de
bicapas superconductor/ferromagneto, y bicapas superconductor/metal no magnético
para investigar en mayor detalle estos efectos. Como material superconductor se escogió
el nitruro de molibdeno (Mo2N), que se caracteriza por su posibilidad de ser crecido
a temperatura ambiente y amorfo, con una temperatura crítica de hasta 8 K. Como
materiales magnéticos se seleccionaron FePt, Co y Fe_20Ni_80. El criterio seguido fue la
diversidad en la estructura de dominios de estos sistemas. En cuanto a los materiales
metálicos, se utilizaron Al, W y Pt, con un criterio basado en tener diferentes conductividades
eléctricas/térmicas. Las bicapas fueron fabricadas mediante la técnica de
sputtering, y posteriormente caracterizadas mediante las técnicas DRX, AFM, MFM,
magnetometría SQUID y transporte eléctrico. Se construyeron microcircuitos sobre las
muestras utilizando las técnicas de litografía óptica y comido iónico.
Los resultados obtenidos muestran en primer lugar que para todas las bicapas, las
velocidades alcanzadas son mayores que para una monocapa de Mo_2N. En el caso de las
bicapas superconductor/metal no magnético, esto se asoció a la capacidad de las muestras
en transportar calor, disminuyendo así el efecto de los calentamientos locales que
pueden ser destructivos para la dinámica de vórtices. En el caso de las bicapas superconductor/
ferromagneto, se observaron incrementos aun mayores, asociados a efectos
de proximidad magnéticos. Se observó además que cuando el sistema magnético tiene
una estructura de dominios en forma de stripes, los incrementos de velocidad están prexi
sentes únicamente si los mismos están alineados con el flujo de vórtices. De lo contario,
se encontró una caída drástica de velocidades, para bajos valores de campo magnético.
Para campos magnéticos moderados y altos, las velocidades medidas son iguales a las
del resto de las bicapas superconductor/ferromagneto
Búsqueda de alineamiento inducido por fuerzas magnéticas en la dirección de arribo de rayos cósmicos con los datos del Observatorio Pierre Auger
Full text linkLos rayos cósmicos ultra-alta energía son protones, núcleos de Helio y otros núcleos más pesados, hasta el Hierro, que llegan a la Tierra desde todas las direcciones con energías desde los 10"18 eV hasta los 10"20 eV (¡aprox. 16 J en una sola partícula!). Debido a que son partículas con carga eléctrica, se deflectan en los campos magnéticos galácticos y extragalácticos, por lo que sus direcciones de arribo no apuntan a la posición de sus fuentes (esta deflexión es menor a medida que aumenta su rigidez E/Z).
El Observatorio Pierre Auger fue diseñado con el objetivo de esclarecer el origen de las partículas con ultra-alta energía E ≳ 1 EeV, (1 EeV ≡ 10"18 eV) entre otros. Expandiéndose en un área de 3000km2, se utiliza para estudiar las lluvias de partículas generadas por el impacto de los rayos cósmicos con la atmósfera, aprovechándose de un diseño híbrido que permite estimar la energía de la partícula con muy buena precisión. Este consiste de un arreglo de detectores de superficie, con los cuales se detectan directamente las partículas secundarias, y una serie de detectores de fluorescencia, telescopios con los cuales se observa la radiación electromagnética emitida por la excitación de la atmósfera producida por las lluvias de partículas.
En este trabajo se analizaron eventos con energías mayores a 40 EeV con el objetivo de determinar fuentes puntuales de los rayos cósmicos de ultra-alta energía. Suponiendo que existen una o más fuentes diferentes del promedio que puedan acelerar protones o He a estas energías, se espera que la deflexión en las direcciones de arribo de los rayos cósmicos provenientes de estas fuente con respecto a la posición en el cielo de la misma sea en un solo sentido y proporcional a la inversa de su energía. A los conjuntos que
cumplieran con estas características, se los llamó multipletes. A partir de simulaciones de multipletes de He, se realizó un estudio de la sensibilidad del método para determinar los parámetros óptimos y se analizó el desempeño del mismo. Implementando dos estrategias: una búsqueda en todo el cielo y otra alrededor de galaxias candidatas a ser posibles fuentes, se aplicó el método a los datos observacionales. Se reportaron los resultados y se lo comparó con simulaciones de cielos isotrópicos. No se encontraron
evidencias estadísticamente significativas de la existencia de multipletes.
Se estudió la sensibilidad del método frente a un escenario con estadística reducida, el cual representa una situación en la que se elijen solo los eventos livianos, y se encontraron resultados prometedores.
Suponiendo que, efectivamente, existe una fuente que pueda emitir He a las energías consideradas, esta también debería emitir otras partículas con rigidez similar. En especial, se buscó extender los multipletes encontrados anteriormente (con la suposición de
que alguno de los mismo sea real y esté formado por He) con eventos de menor energía, 20 EeV ≤ E < 40 EeV (con la suposición que dichos eventos fuesen protones acelerados por la misma fuente). Esta extensión se realizó para los multipletes con las dos mayores multiplicidades de la búsqueda en todo el cielo y el de mayor multiplicidad para cada una de las posibles fuentes estudiadas. Se reportaron los resultados y no se encontró ninguna evidencia estadísticamente significativa de la presencia de multipletes
Desarrollo de una herramienta numérica para el análisis de estabilidad lineal de flujos en convección mixta
Full text linkLa evolución en el tiempo y en el espacio de un flujo laminar depende de las perturbaciones externas que este reciba, como cambios de presión y temperatura, así como de las condiciones de borde a las que esté sometido, como la rugosidad y las fuentes de calor en las paredes. Estas perturbaciones pueden llevar al flujo a hacer una transición hacia un estado turbulento, conocido como transición laminar-turbulenta. En la actualidad, este fenómeno es de gran importancia en la ingeniería y la física aplicada.
En numerosas aplicaciones ingenieriles, como reactores nucleares de investigación, intercambiadores de calor y equipos electrónicos, la transferencia de calor durante la transición laminar-turbulenta juega un papel fundamental. Un ejemplo de interés para la CNEA es el núcleo del reactor RA-6, que utiliza combustibles tipo placa y opera en un régimen cercano a la transición. Por tanto, resulta relevante estudiar y analizar este fenómeno en flujos de convección mixta en canales rectangulares verticales.
Aunque el régimen de transición no es deseado desde un punto de vista ingenieril debido a su carácter intermitente, no siempre es evitable y su estudio es requerido ya que presenta características particulares que podrían influir, por ejemplo, en el diseño de un sistema termohidráulico. Por ejemplo, el coeficiente de fricción y el coeficiente de convección aumentan considerablemente durante la transición. A pesar de que este proceso ha sido investigado durante más de cien años, todavía no se comprende completamente.
Con el objetivo de entender las condiciones de flujo que desencadenan la transición y su impacto en la transferencia de calor, se utilizó la teoría de estabilidad lineal, una herramienta ampliamente empleada en años recientes. Esta teoría propone un modelo matemático que permite predecir bajo qué condiciones un flujo laminar estable se volverá inestable mediante el análisis de pequeñas perturbaciones. Así, se determina si estas perturbaciones crecerán o se amortiguarán en el tiempo y en el espacio. En este trabajo, se estudió la evolución temporal de estas perturbaciones, particularmente en casos donde hay influencia de fuerzas boyantes. Para lograr esto, se desarrolló un módulo computacional de acceso libre en Python que resuelve las ecuaciones de estabilidad lineal para flujos en convección mixta en canales rectangulares verticales.
Esta herramienta utiliza esquemas espectrales de Chebyshev, conocidos por su rápida convergencia y bajo costo computacional. El módulo fue validado adecuadamente.
Por otro lado, en la revisión bibliográfica se encontraron pocos trabajos numéricos que utilicen simulaciones numéricas directas (DNS) para estudiar la transición temporal en el caso de estudio. Por lo tanto, se utilizó el software Xcompact-3D para implementar una condición inicial que sumara al flujo laminar las perturbaciones de velocidad y temperatura calculadas por la herramienta desarrollada. Se examinó la evolución de estas perturbaciones en el tiempo a través del cálculo de la energía cinética turbulenta.
Los resultados verificaron que las perturbaciones tienen una influencia en la evolución temporal del flujo consistente con las calculadas en base a la teoría de estabilidad lineal