Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Estudio de algoritmos de control para sistemas multi-eje con restricciones.
Get PDFEste trabajo reúne los conocimientos adquiridos en el desarrollo y aplicación de algoritmos
de control en un sistema de posicionamiento multi-eje construido en los talleres
de la Comisión Nacional de Energía Atomica (CNEA). Para ello se implementa un
sistema de control en lazo abierto con una PC como controlador y motores paso a paso
como actuadores. Los algoritmos se escriben en lenguaje C, luego son compilados y ejecutados
en la PC, generando señales de comando que son enviadas a través del puerto
paralelo a etapas de potencia encargadas de conmutar las bobinas de los motores.
En primer lugar, se reunieron conceptos y particularidades sobre el funcionamiento
de los componentes. Se realizo una caracterización de la respuesta de cada eje con
señales cuadradas de frecuencia constante. Se construyo un modelo de simulación de
baja complejidad con comportamiento similar al real cuando la señal de entrada es
cuadrada con frecuencia constante.
En segundo lugar, se escribieron y ensayaron distintos algoritmos de movimiento
en un eje, concluyendo en un algoritmo con perfil de velocidad trapezoidal, que al ser
ensayado da una respuesta sin sobrepico y tiempo de posicionamiento en el orden del
segundo. Se estudiaron las características de repetibilidad y precisión del equipo. El
comportamiento y las características se compararon con las que posee un segundo sistema
de posicionamiento con similares prestaciones fabricado por una marca reconocida.
Finalmente el aprendizaje durante la aplicación de algoritmos de movimientos en
un eje se utilizo para desarrollar algoritmos de movimientos coordinados de trayectoria
lineal y circular en dos ejes. Se muestran y discuten los resultados de ensayar estos
algoritmos multi-eje en el primer sistema de posicionamiento mencionado
Antenas ópticas en la nano y microescala.
Get PDFLos resultados del presente trabajo de tesis doctoral sientan bases para la comprensión de fenómenos plasmónicos, asociados a la espectroscopia Raman amplificada por superficie (SERS) para el desarrollo de nuevos métodos de detección molecular. La sistemática de estudio consisti_o en evaluar la respuesta plasmonica y SERS de cinco tipos de sistemas metalicos nanoestructurados: i) superficies rugosas de Au, ii) cavidades esfericas de Au, iii) sistemas de film de Au (o Ag) sobre nanoesferas (AuFON o AgFON), iv) nanopartículas triangulares de Au (AuNPS) y v) un substrato comercial Klarite. En los sistemas mencionados se abordaron estudios del acoplamiento de la luz con plasmones, a través de mecanismos resonantes poco frecuentes en la literatura. Así mismo, se presentan resultados de modelados numéricos para comprender y reforzar la interpretación de los resultados experimentales. Se estableció también una correlación entre estos plasmones y la respuesta SERS de moléculas sonda absorbidas covalentemente en la superficie del sistema. En las superficies rugosas de Au, se presentan resultados de la respuesta SERS en función del grado de rugosidad para nanoestructuras con relajación natural de la rugosidad y congelada artificialmente. Esto se hizo
mediante un control no del grado de rugosidad, desde valores muy pequeños a valores grandes. Este estudio de rugosidad finamente controlado se realizó como insumo para luego poder estudiar el efecto de la rugosidad en substratos plasmonicos ordenados, fabricados por métodos de litografía con esferas de látex. La inhibición de la relajación de la superficie se realizó con métodos químicos produciendo mayor señal SERS en comparación con las superficies relajadas. En los sistemas de cavidades con rugosidad
superficial adaptada o incrementada se estudió el efecto de esta rugosidad sobre la eficiencia SERS. Se demostró que este sistema híbrido cavidad + rugosidad funciona como una antena sinérgica multiescala donde la cavidad esférica cumple la función de incrementar el modo plasmonico cerca de la superficie rugosa, permitiendo un mejor
acoplamiento de la radiación del campo lejano, a campos cercanos mejorados localmente.
Otro resultado en este sistema híbrido, está relacionado con el acoplamiento resonante selectivo de modos plasmonicos de cavidad tipo P y D con diferente distribución espacial. El modo D espacialmente más connado a la superficie que el modo P, conduce a una canalización más eficiente de la energía desde el campo lejano a campos cercanos en la superficie. Otro de los resultados de la tesis está direccionado a estudios resonantes en sistemas AuFON y AgFON. En estos evaluamos y correlacionamos la respuesta SERS de tres modos plasmonicos (etiquetamos como M3, M2 y M1) con medidas de la reactividad óptica y modelado numérico de la mejora del campo en la superficie. Fundamentamos que los mecanismos de amplificación debido a los plasmones y la resonancia metal-ligando (M-L), muestran una relación con la amplificación SERS. Del modelado numérico en estos mismos sistemas mostramos que los modos plasmonicos M2 y M1 presentan similar distribución espacial de campo eléctrico pero distinta intensificación. En el caso de los AuFON, el modo M1 de mayor intensificación de campo eléctrico que M2 contribuye mas al rendimiento SERS cuando se cruza con
la resonancia M-L. En los sistemas de AgFON fue posible incrementar los límites de detección molecular diez veces en comparación con los sistemas de AuFON. Además, se evidencio una nueva resonancia plasmonica (poco relevante en sistemas de AuFON) que contribuye significativamente a la respuesta SERS, generando un nuevo maximo en dicha respuesta. Por otro lado, los sistemas de AuNPS muestran señales SERS muy bajas en comparación con los otros sistemas estudiados. Esta baja amplificación esta
relacionada con que, la superficie cubierta por estas AuNPS es mucho menor que la superficie total del substrato implicada en el proceso SERS. Finalmente, un último resultado hace referencia al estudio comparativo de los cinco sistemas mencionados. De
esta comparación el sistema AuFON, resulto de mejores características en cuanto a valores de intensidad y homogeneidad de la señal SERS respecto a los demás sistemas estudiados. En general, determinamos que la contribución a la señal SERS proviene de
los mecanismos plasmonicos, la resonancia M-L y la rugosidad superficial del sistema.
Con los estudios de la tesis surgen posibilidades de desarrollo de sistemas de detección ultrasensible de moléculas en forma cuantitativa
Utilización de la información mutua de distribuciones de dosis experimentales y predichas por cálculo como criterio de aceptabilidad en tratamientos de radioterapia externa con fotones
Get PDFEn radioterapia de intensidad modulada (IMRT) se realizan controles de calidad disimétricos que incluyen determinaciones de distribuciones de dosis, antes de dar comienzo al tratamiento radiante. Los sistemas de dosimetría utilizados para este propósito pueden ser matrices planares de detectores semiconductores o ionométricos, películas radioscópicas, entre otros.
En el análisis de resultados se compararan las distribuciones de dosis medidas con las calculadas con el sistema de planificación de tratamientos, a partir de ciertos criterios. Se propone comparar distribuciones de dosis experimentales obtenidas con diversos sistemas de medición con el objetivo de determinar la validez de cada criterio de aceptación de las distribuciones de dosis en cuestión.
Se caracterizo una matriz de detectores MatriXX, de IBA Dosimetry, compuesta por un arreglo de 32x32 cámaras de ionización. Se determino que el sistema posee una respuesta lineal a la dosis absorbida en el rango 40 - 400 cGy, y que su respuesta es
independiente de la energía de la radiación incidente (dentro de un 2 %). Ademas, a partir de la medición de perfiles de dosis para distintos tamaños de campo, se determino que MatriXX es confiable a los efectos de dosimetría relativa en distribuciones de dosis de bajo gradiente, ya que su resolución espacial no es suciente para ser utilizada en zonas de alto gradiente de dosis.
Se estudiaron cuatro planes realizados con el sistema de planicacion Monaco ®,correspondientes a casos de cáncer de próstata, pulmón, mama y glándula submaxilar. Se ejecutaron los planes utilizando como detectores películas radiocrómicas GAFChromic EBT3 y MatriXX; y se correlacionaron los resultados para simular mediciones con detectores virtuales de distinta resolución.
Se determino que el criterio de 1%-1mm para la evaluación de índice gamma no es adecuado dadas las limitaciones del sistema de irradiación, en particular del colimador multiláminas. Por otro lado, se concluyo que la resolucion espacial de MatriXX es la
mínima aceptable en el proceso de control de calidad de un tratamiento al utilizar criterios de 3% - 3mm y 4% - 3mm. A pesar de que el uso de paneles con mayor resolución sería mas confiable, su implementación sería mas onerosa. La posibilidad de utilizar MatriXX con un criterio de pasaje de 2%-2mm debe seguir siendo evaluada.
Se realizo un programa en lenguajes Python y C para el cálculo de índices gamma, implementado con el mismo método geométrico de cálculo que utiliza el software comercial. Se registraron diferencias menores al 1% en el calculo de porcentaje de pasaje respecto al de Monaco, que no se consideraron significativas. Se utilizo un modelo binomial para analizar el proceso estocástico de medición con
una determinada cantidad de detectores N, con la premisa de que la posición de los detectores influye en el porcentaje de pasaje. Se propuso que el porcentaje de pasaje real de una distribución de dosis se encuentra en un intervalo determinado, con una confianza o probabilidad Q. Para expresar esto se utilizó la distribución Beta(p; a; b), con a = n+1 y b = N - n+1; siendo n la cantidad de detectores que pasan la prueba de índice gamma.
Se determinó que la probabilidad de que el porcentaje de pasaje este efectivamente en el rango [ n/N 100; 100] (utilizado en la clínica) es menor al 50 %, por lo que la metodología habitualmente utilizada no es conservadora. Se concluye que, para reportar el porcentaje de pasaje con una confianza del 95 %, valor deseable en radioterapia, entonces el rango utilizado debe ser aproximadamente [ n/N 100 - 2; 100]
Desarrollo de dispositivos fotónicos basados en fibra óptica
Get PDFEn esta tesis se presentan los modelos numéricos y la respuesta de las redes de Bragg (FBG, del inglés Fiber Bragg Grating ), grabadas en fibra óptica fotosensible, frente a variaciones de temperatura y deformaciones mecánicas.
Además, se realizaron las mediciones de la sensibilidad de las redes de Bragg debidas a las variaciones de la temperatura y deformación mecánica, dado por su interés tanto en aplicaciones de sensores como para la estabilización de láseres y procesadores de señal.
Luego se analizó la respuesta de los modos de orden superior de la cubierta frente a las variaciones de la temperatura y deformación mecánica. Está demostrado que los acoplamientos a los diferentes modos de la cubierta en fibras de telecomunicación presentan
diferentes valores de sensibilidades. Específicamente, se analiza el acoplamiento de los modos propagados en la cubierta y se los compara con la respuesta del modo fundamental propagado dentro del núcleo de la fibra óptica
Sistema de medición de fluctuaciones neutrónicas usando detectores gamma
Get PDFEl presente proyecto tiene por objeto diseñar un dispositivo capaz de brindar herramientas que permitan el estudio de la distribución temporal de los pulsos generados por una cadena de detección de partículas subatómicas, especialmente rayos gamma generados por la captura de neutrones en el hidrógeno del agua liviana, contenida en las piletas de almacenamiento de combustibles gastados.
Debido a que las características del estudio requieren de una elevada velocidad de procesamiento de pulsos y de una gran robustez en el diseño, el desarrollo del proyecto será realizado en un circuito integrado del tipo FPGA
Implementación de protocolo de comunicaciones para IOT.
Get PDFEn el proyecto se analizaron diferentes protocolos de comunicaciones utilizados para Internet de las Cosas o IoT (por sus siglas en inglés). En base a este análisis se seleccionó a DASH7 Alliance Protocol (D7A) para su implementación. Se evaluó la factibilidad del proyecto y se fijó el alcance del mismo. A continuación, se realizó el diseño y simulación de la capa física de un transmisor y un receptor para FPGA utilizando la tecnología de Síntesis de Alto Nivel o HLS (por sus siglas en inglés). Se llevaron a cabo las pruebas funcionales de cada módulo individual y del comportamiento del sistema global. Por último, el diseño se validó realizando diferentes simulaciones con ruido gaussiano blanco aditivo a la entrada del receptor
Desarrollo y aplicación de métodos computacionales de avanzada para el calculo de propiedades electrónicas de materiales correlacionados.
Get PDFEstudiamos varios modelos paradigmáticos de materiales correlacionados usando la teoría de Campo Medio Dinámico (DMFT) bajo un tratamiento unicado. El problema auxiliar de impureza generado en las iteraciones DMFT se resuelve usando Renormalización basada en la Matriz Densidad (DMRG), con vector corrección, de forma que todas las escalas de energía se tratan con igual precisión y la densidad de estados (DOS) se obtiene en el eje real. Calculamos modelos tipo Hubbard, Hubbard-Hund y Kanamori-Hubbard, teniendo en cuenta la interacción de Coulomb intra (inter) orbital U (U_12) y el acoplamiento de Hund J, en la red de Bethe y red cuadrada, de una o dos bandas (con o sin hibridización interorbital), sistemas semillenos y dopados. Así logramos caracterizar fenómenos bien conocidos como la transición metal-aislante de Mott a temperatura cero, y otros interesantes como la transición de Hund y la transición selectiva en orbital.
Con la idea de estudiar correlaciones espaciales, para un modelo tipo Hubbard de una banda en la red cuadrada, inspirado en los cupratos, implementamos el cluster-DMFT de 2 y 4 sitios, en su variante celular. Logramos reproducir preliminarmente resultados obtenidos con otras técnicas numéricas, pudiendo obtener la DOS directamente en el eje real con baños hasta 4 veces más grandes que los considerados hasta
ahora, con lo cual se reduce el efecto de tamaño finito.
Estudiamos el modelo de Hubbard de dos bandas en la red cuadrada en presencia de hibridización interorbital entre primeros vecinos y desdoblamiento por campocristalino. Encontramos que dicha hibridización siempre lleva a una DOS local finita en la energía de Fermi en los dos orbitales cuando al menos una de las bandas es metálica. Cuando los parámetros del modelo son tales que el potencial químico está en la banda de Hubbard del orbital 1 y entre las bandas de Hubbard del orbital 2, en este último aparece un pico de cuasipartícula en el nivel de Fermi cuyo peso decae exponencialmente con la interacción U. El comportamiento es similar a la física de Kondo donde la banda 1 hace el papel de baño no interactuante.
En un modelo de dos bandas tipo Hubbard-Hund invariante rotacional, caracterizamos el espacio de parámetros U, J. Observamos la transición metal-aislante al aumentar U (transición de Mott) y también al aumentar J (transición de Hund). Calculamos el peso de cuasipartícula y obtuvimos que, para J ≠ 0, la transición de Mott es de primer orden como función de U y es de segundo orden para J = 0. Estos resultados están de acuerdo con el comportamiento obtenido por colaboradores usando bosones esclavos y también Monte Carlo cuántico.
En modelos tipo Hubbard-Kanamori de dos bandas iguales, nuestros resultados sugieren que la transición de Mott es de primer orden cuando U_12 ≤ U y es continua cuando U_12 = U o cuando U_ 12 < U/2. Para bandas diferentes, obtuvimos la transición de Mott selectiva en orbital. Observamos que ésta es estable frente a la hibridización interorbital (t´) si U_12 ≤ U/2, coincidiendo con otros autores, mientras que desaparece con t´ si U_12 ≤ U. Nuestros resultados poseen la ventaja de mostrar la DOS en el eje real de frecuencias.
Estudiando estos modelos de dos bandas, encontramos unas excitaciones novedosas, que aparecen como picos en la DOS, en energías del orden de ∆ = U - U_12 para la fase metálica, hasta ahora no reportados en la literatura. Caracterizamos las cuasipartículas asociadas a estas excitaciones, concluyendo que son pares hueco-doblón interorbital. Una DOS finita en la energía de Fermi de una banda está correlacionada
con el surgimiento de estados de cuasipartícula bien definidos a energías ∆ en la otra banda. Una importante consecuencia de este mecanismo es que en el caso simétrico U_12 = U el pico de esta cuasipartícula se sitúa en la energía de Fermi, sin importar si una banda es mucho más angosta que la otra. Esto significa que ambas bandas son metálicas mientras una lo sea: no hay transición selectiva. Nuestros cálculos confirman esta predicción y además muestran que, para una relación de 1/50 de los anchos de banda, el pico en la energía de Fermi en la banda ancha aparece por el mecanismo de Kondo mientras que en la banda angosta aparece debido a las mencionadas cuasipartículas. Este resultado da por terminada una controversia de más de una década entre diferentes autores donde algunos sostenían que podía haber una transición selectiva cuando el cociente de los anchos de banda fuese menor que 1/5.
Gran parte de esta tesis estuvo abocada al desarrollo de métodos computacionales de avanzada para el cálculo de las propiedades mencionadas arriba. Desarrollamos tres softwares de libre acceso para la diagonalización exacta, el DMRG y el DMFT, respectivamente, con la suficiente eficiencia, generalidad y abstracción para poder tratar todos estos problemas a la vez y que puedan ser extendidos fácilmente a nuevos modelos o parámetros. Un aporte relevante fue la implementación del DMRG para la impureza efectiva que forma parte esencial del DMFT. Para esto, para la impureza efectiva representamos la hibridización en forma de estrella (ver Figura 3.3) -y separada en espín- y no en forma de cadena como se hacía tradicionalmente, mejorando considerablemente el costo de los cálculos. El mismo programa DMRG permite hacer cálculos de hamiltonianos generales tipo química cuántica, tanto del estado fundamental como de la respuesta dinámica. La técnica desarrollada en esta tesis es una de las más adecuadas y confiable para el cálculo de estructura electrónica a temperatura cero
de sistemas correlacionados
Recuerdos de mis años en CNEA y su historia. Ciclo de conferencias históricas organizadas por el Laboratorio de Conservación Preventiva y Restauración de Documentación de CNEA, 28 de octubre de 2018 en SEDE.
No full text- La primera visita a CNEA (1961).
- Haz de neutrones en el RA3 (1970-73).
- La recuperación del Sincrociclotrón (1973-79).
- La Jefatura de Departamento (1975-1982).
- El proyecto TANDAR (1975-84).
- La historia de Huemul (1976-85).
- La Dirección de I&D (1984-88)
Mecánica clásica.
Get PDFCurso de un semestre, dictado en 3er año del Instituto Balseiro para alumnos de las carreras de Licenciatura en Física, Ingeniería Nuclear e Ingeniería Mecánica. Cubre tópicos de mecánica lagrangiana y hamiltoniana, incluyento el problema de fuerzas centrales, la teoría de pequeñas oscilaciones, la teoría de colisiones, las transformaciones canónicas y una introducción a los sistemas dinámicos
Simulación de alta resolución de turbulencia no estacionaria.
Get PDFEl flujo combinado consiste de un flujo oscilatorio superpuesto sobre una corriente
constante. En este trabajo se estudia flujo combinado en la cercanía de una pared
rígida mediante simulación numérica directa (DNS, por Direct Numerical Simulation)
de las ecuaciones de Navier-Stokes. Este tipo de flujos se presenta, por ejemplo, en
ambientes costeros donde corrientes marinas se superponen a las olas,
flujo de sangre, álabes de turbomáquinas, o flujo cruzado entre subcanales de elementos combustibles
nucleares. Las simulaciones se realizaron para un número de Reynolds basado en la
frecuencia y amplitud de oscilación de 4:95E5 en régimen de transición turbulento y la
relación entre la magnitud del gradiente de presión constante y oscilatorio que fuerza el
fluido se varió entre valores de 0:005 y 0:2. Estos parámetros corresponden al régimen
dominado por las oscilaciones, con frecuencias bajas. El trabajo se focaliza en el análisis
de las velocidades medias, las tensiones de corte totales, la energía cinética turbulenta
y las componentes de la ecuación de balance de la misma. Los resultados obtenidos
demuestran que para el caso con mayor componente de correntada el comportamiento
corresponde a un flujo cuasiestacionario cuyas propiedades no dependen del avance
temporal si se utiliza la escala correspondiente para cada momento de tiempo. Por su
parte para los casos dominados por la oscilación se muestra que, para las amplitud
seleccionadas, el comportamiento es similar al correspondiente a una oscilación pura
con diferencias menores. En los casos de transición el comportamiento se asemeja al
estacionario para fases lejos de los mínimos del corte en la pared