Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Rediseño de máquina de caracterización creep fatiga para equipar laboratorios
Full text linkEl objetivo del presente trabajo es rediseñar una máquina de ensayos de creep-fatiga en base a un prototipo ya existente en la Div. Física de Metales del Centro Atómico Bariloche.
Para abarcar este proyecto se analizaron en primer lugar los fenómenos de creep y de fatiga y cómo afectan a los materiales. Luego se estudiaron los requerimientos de la máquina destinada a la implementación de ensayos normalizados para evaluar estos fenómenos. Posteriormente se realizó un diseño conceptual de la máquina y se identificaron los sistemas principales que la conforman. Se rediseñaron, calcularon y verificaron la estructura principal, sistema de carga, subsistema de capstan y subsistema de knife edge.
Se prevé que esta máquina permita equipar laboratorios del Centro Atómico Bariloche (CAB), dando la posibilidad de realizar ensayos de manera simultánea sin comprometer la disponibilidad de otros equipos más versátiles, de este modo, brindará herramientas para la caracterización de nuevos materiales en función de sus aplicaciones en especial dentro de la industria nuclear
Segmentación de imágenes médicas mediante inferencia bayesiana
Full text linkLas imágenes médicas son una herramienta de suma utilidad diagnóstica en medicina, proporcionando información anatómica o funcional de forma mínimamente invasiva. Posteriormente al proceso de adquisición, las imágenes digitales pueden ser procesadas de diversas maneras para destacar o extraer información subyacente de utilidad para el diagnóstico. Una de las técnicas de procesamiento más relevantes es la segmentación, que consiste en particionar a la imagen en regiones relevantes, en particular para delinear automáticamente estructuras como órganos o tejidos. Los métodos de segmentación existentes son diversos en cuanto a su forma de representar las características relevantes de imagen para segmentar, el grado de interacción manual y la cantidad de datos necesarios para obtener un método de desempeño satisfactorio. En particular, los métodos basados en modelos probabilísticos tienen las virtudes de requerir pocos datos, tener pocos hiperparámetros ajustables, costo computacional moderado y que potencialmente pueden ser completamente automatizables.
En esta tesis se desarrolló un modelo de segmentación basado en inferencia bayesiana que incorpora información a priori de estructuras a segmentar mediante priors de forma. El enfoque está basado en trabajos previos de segmentación bayesiana de tejidos y la adaptación de la idea de prior de forma de level-sets al contexto de inferencia bayesiana. En particular se estudió la aplicación de este método al problema de segmentación cardíaca de miocardio del ventrículo izquierdo en imágenes cardíacas de resonancia magnética nuclear de cine, en donde el prior de forma incorpora la información a priori de la geometría del tejido del miocardio en las imágenes. El método fue validado en la base de datos del Cardiac Motion Analysis Challenge 2011 contrastando los resultados obtenidos contra anotaciones manuales realizadas por expertos. El desempeño alcanzado por el método propuesto es compatible con otros métodos de segmentación aplicados al problema de segmentación cardíaca, con valores obtenidos de coeficiente de Dice de 0,8 ± 0,1, 0,94 ± 0,04 y 0,90 ± 0,09 para segmentación de miocardio, endocardio y epicardio respectivamente, con la ventaja principal que no es necesaria una gran cantidad de datos para su funcionamiento y requiere mínima interacción.
Finalmente se estudió la aplicación del método de segmentación al cálculo del esfuerzo miocárdico, dentro del marco del desarrollo de una extensión para el software de procesamiento y visualización de imágenes médicas 3DSlicer. Se comprobó en que el método de segmentación propuesto como pre-procesamiento al cálculo de esfuerzo alcanza resultados cualitativos compatibles a otros métodos establecidos y además se contribuyó al desarrollo y validación de la extensión CardIAc del software 3DSlicer para calculó y visualización de esfuerzo miocárdico
Desarrollo de un dispositivo de sensores integrados para el estudio del comportamiento animal
Full text linkEl monitoreo del comportamiento de la tortuga terrestre Chelonoidis chilensis en su hábitat natural, es esencial para recopilar información sobre su movimiento y elaborar directrices para la conservación de la especie, debido a que actualmente se encuentra en estado vulnerable. En esta Tesis, se presenta el desarrollo de una familia de dispositivos de bajo costo y bajo consumo de energía, formada por un dispositivo de monitoreo que se coloca sobre el animal, una estación colectora y un rastreador de radio frecuencia. Sus diseños fueron elaborados de forma de ser fácilmente adaptables para el monitoreo de otras especies animales en otros contextos. Cada dispositivo de la familia está compuesto por un transceptor compatible con protocolos de internet de las cosas (IoT) en la banda de frecuencia Sub-1 GHz, un receptor de sistema de navegación por satélite global (GNSS), un magnetómetro, así como sensores de temperatura e inercia. El dispositivo no supera el 5% del peso del animal para evitar perturbar su comportamiento. El peso de la placa de circuito impreso, junto a la batería y el receptor GNSS, es de 44,9 g y sus dimensiones son de 48,7 mm x 63,7 mm. La autonomía que puede variar entre una semana y un mes, dependiendo de las tasas de muestreo de los sensores, la tasa de la señal de radio frecuencia y la del receptor GNSS. La placa fue diseñada para funcionar como un dispositivo de monitoreo, una estación de recopilación de datos y un rastreador, mediante la adición de pequeñas piezas de hardware. Se presenta aquí el diseño del circuito electrónico y del firmware asociado, pensados para permitir la extensión de las funciones del dispositivo. Se realizaron mediciones en el laboratorio y en el campo para evaluar la autonomía y el alcance del enlace de radio frecuencia, así como el consumo de energía y el error de posicionamiento asociado. Se informan esos valores y discuten las limitaciones y ventajas del dispositivo, publicando este desarrollo abierto para su uso por parte de otros grupos de investigación que trabajan en proyectos similares
Efectos de tamaño finito en la hiperuniformidad de la materia de vórtices en superconductores
Full text linkEn este trabajo, estudiamos la hiperuniformidad de la materia de vórtices superconductores en sistemas con diferentes tamaños en la dirección z del campo magnético aplicado. Para eso, estudiamos el comportamiento del factor de estructura a q bajos y cuantificamos el grado o clase de hiperuniformidad a través del exponente α de decaimiento algebraico cuando q → 0. En primer lugar, se analizan decoraciones magn´eticas de la fase sólida de vórtices con desorden puntual débil, las cuales permiten acceder a la red de vórtices nucleada en la superficie con gran resolución a q pequeños. Posteriormente, se realizan simulaciones realistas y adaptadas a los experimentos de redes tridimensionales de vórtices, empleando la técnica de dinámica molecular. En ambos casos, se observó que α decrece con 1/L, sugiriendo que el tamaño finito en z del sistema degrada la hiperuniformidad. En las simulaciones, además, se obtuvo que α es aproximadamente 0 para L muy pequeño, indicando la pérdida de la hiperuniformidad.
En cuanto a los experimentos, la velocidad de decaimiento del factor de estructura es finita aun para los espesores más delgados
Desarrollo de un modelo de una fuente fría de neutrones para el Reactor RA-6
Full text linkEn este trabajo se presenta el abordaje para el diseño prelimonar de una fuente fría
de neutrones a colocarse en el Reactor Argentino RA-6 del Centro Atómico Bariloche.
Los objetivos consisten en abordar el cálculo neutrónico de una fuente para producir
un alto flujo de neutrones fríos. Además, se deben considerar las normas de seguridad
de la instalación y de radioprotección del personal para garantizar que la facilidad sea
segura. Por otro lado, se contempló la elección de materiales resistentes a las condiciones
de operación y que estén disponibles en el mercado, así como garantizar el menor costo
de construcción.
Este proyecto inició con la elección de la ubicación de la fuente en el haz B2 de
BNCT. Se trabajó con el programa de cálculo PHITS y se emplearon bibliotecas de
datos nucleares a bajas temperaturas para obtener los flujos teóricos del diseño planteado.
Se planteó inicialmente una geometría para el moderador del tipo slab y se exploró
la viabilidad de utilizar alguna de las sustancias hidrogenadas que más se utilizan en
las fuentes frías operativas en el mundo, a citar el hidrógeno líquido, metano, etano,
mesitileno y benceno.
El benceno a una temperatura de 89 K se determinó como adecuada para utilizarse
como moderador frío debido a la baja sección eficaz de absorción, alta densidad de
hidrógeno a nivel molecular y su poder de moderación. También se tuvo en cuenta su
disponibilidad en el mercado, los bajos costos asociados a su adquisición y preservación.
Se decidió emplear nitrógeno líquido como refrigerante debido a que es posible producirlo
en las instalaciones del Centro Atómico e implica costos menores en los sistemas
de enfriamiento.
Se estudió la posibilidad de incorporar un premoderador de polietileno que, por su
capacidad como moderador, puede contribuir a termalizar los neutrones de altas energías
que ingresan al moderador frío, incrementando así el flujo de neutrones térmicos
que entrarían a la fuente. Se estudiaron diferentes geometrías del premoderador: tipo
placa, configuración en forma de U y disponiéndolo como recubrimientos interno en la
cavidad de aire de BNCT.
Finalmente, este trabajo culmina con un diseño esquemático del moderador de benceno
a 89 K ubicado en el haz subtérmico B2 de BNCT. Se incorporó un premoderador
de polietileno tipo placa junto con un recubrimiento periférico del mismo material que
se encuentra rodeando al moderador, logrando así una configuración integral para la
fuente fría
Comparación teórico-experimental de flujos en toberas en régimen supersónico
Full text linkEn este trabajo se analizaron distintos aspectos tanto fluidodinámicos como difusivos de flujos de mezclas binarias de gases en expansión libre supersónica.
Se realizaron simulaciones con condiciones similares a mediciones hechas en el laboratorio del proyecto LASIE, con el objetivo de analizar los procesos físicos que ocurren en el interior de una unidad separativa. Se encontró que para ciertas condiciones de presión, en regiones del dominio simulado no se cumple la hipótesis del continuo, y por ende, no se pueden representar los fenómenos físicos por medio de las ecuaciones de Navier-Stokes, ni por el modelo de gas ideal. El análisis computacional en régimen del continuo es la herramienta principal con la que se cuenta hasta el momento en el proyecto para poder comprender el comportamiento de los parámetros, tanto en los procesos fluidodinámicos como de difusión. Debido a esto, se diseñaron las condiciones de futuros experimentos con presiones de alta que puedan ser reproducidas en el laboratorio de acuerdo a sus capacidades, de modo que se cumpla esta hipótesis. Se obtuvieron las presiones de baja mínimas para diferentes diámetros de garganta con los que se dispone en el laboratorio, y se verificó que en las simulaciones se obtenga un valor de número de Knudsen menor a 0, 3 en todo el dominio.
Por otra parte, se realizó un análisis de la influencia de la termoforesis para un gas de Ne"229, 25 %-Ne"20 y otra mezcla de especies SF_65 %-He, implementando un modelo detallado para el factor termofónico. Se obtuvo que el aporte de la termoforesis a la difusión global para dichas mezclas no es relevante para las presiones utilizadas.
Luego, se estudió la variación en la concentración media a la salida de una cámara con divisor de caudal en función de la posición axial, para dos posiciones radiales de la punta del mismo, en una mezcla de CO_2 2, 5 %-He. Para el menor valor de radio, se obtuvo enriquecimiento en las posiciones más cercanas a la boquilla, mientras que en las demás posiciones no se logra apreciar. Para el mayor de los radios, se obtuvo enriquecimiento, el cual varía en función de la posición axial, dado que se realizan cortes en distintas zonas difusivas a través de la onda de choque oblicua, debido a la curvatura de la misma.
Por ultimo, se realizó un análisis de los perfiles de concentración en una tobera sin divisor de caudales. Se concluye que esta geometría resulta una herramienta adecuada para un análisis previo cualitativo de las posiciones ´optimas de un skimmer, con el objetivo de enriquecer la especie pesada en la cámara externa
Robustez en sistemas de Deep Learning para detección de imágenes médicas
Full text linkEn esta tesis abordamos el problema de la clasificación automática de imágenes mediante el uso de redes neuronales profundas o también llamado deep learning. Estas técnicas han demostrado ser altamente efectivas y logran resultados comparables con el sistema visual humano. Sin embargo, presentan una limitación importante: su vulnerabilidad frente a ejemplos adversos cuidadosamente construidos. Estos ejemplos adversos son imágenes que se generan a partir de imágenes naturales y son capaces de engañar a la red neuronal, siendo clasificados erróneamente con una alta confianza en la predicción. Lo sorprendente es que estos ejemplos adversos son visualmente indistinguibles de las imágenes naturales, lo que vuelve su detección un problema desafiante.
Tras realizar un estudio exhaustivo sobre esta problemática, se procede a generar ejemplos adversos utilizando tres métodos distintos en cuatro bases de datos. Dos de las bases de datos son ampliamente reconocidas, mientras que las otras dos se centran en la detección de retinopatía diabética, diferenciándose únicamente en el tamaño de las imágenes.
En este trabajo, presentamos un método de detección de ejemplos adversos basado en la activación estocástica implementada en ciertas capas de la red neuronal. Nuestro enfoque principal se centra en determinar la manera ´optima de introducir este término de ruido, así como evaluar la generalización de estos resultados en diferentes arquitecturas y problemas de clasificación.
Tras realizar diversas pruebas, se observó que la probabilidad de detectar exitosamente la naturaleza de una imagen (ya sea natural o adversa) depende en gran medida del tipo de ataque utilizado, la base de datos utilizada y la magnitud de la perturbación permitida durante la generación del ejemplo adverso. Los resultados obtenidos muestran una amplia variación en la probabilidad de una detección correcta, que va desde un alto porcentaje del 99% en el caso del ataque DeepFool aplicado a imágenes de la base de datos MNIST, hasta porcentajes intermedios como el 74% para el ataque CW2 en imágenes de Retinopatía Diabética de tamaño grande, y valores bajos y ligeramente superiores a la aleatoriedad, como el 51%, para el ataque FGSM en imágenes de Retinopatía Diabética de tamaño pequeño. El código está disponible a través del siguiente enlace: github.com/klostermati/Robustnesstoadversarial-examples
Crecimiento, caracterización y aplicaciones de las láminas delgadas basadas en superconductores desordenados
Full text linkEste trabajo es un estudio experimental enfocado en la fabricación y caracterización de
láminas delgadas de materiales superconductores desordenados en vista de aplicaciones
en sensores criogénicos de radiación y junturas Josephson. Los materiales involucrados
están basados principalmente en dos metales de transición: el tungsteno o wolframio
(W) y el molibdeno (Mo), tanto en fases puras como formando compuestos nitrurados.
El W es un material de creciente interés tecnológico, no solamente por sus propiedades
superconductoras, sino también por se desempeño en áreas de reciente investigación
como la espintrónica. Presenta dos fases alotrópicas, siendo solamente de interés tecnológico
la conocida como β-W. En cuanto a sus propiedades superconductoras, no está
comprendido de manera correcta en la literatura el papel que juegan las distintas fases
de este material y las estructuras desordenadas en el desarrollo de la superconductividad.
Esta tesis cumple con tres objetivos en cuanto a las láminas delgadas basadas en
W: primero, desarrollar la capacidad de crecer muestras ricas en la fase de interés tecnológico,
β-W. Segundo, comprender el origen de la superconductividad en este material
y elucidar el rol que juegan las estructuras desordenadas por sobre las fases cristalinas.
Tercero, utilizar el material para fabricar micro-alambres por técnicas de litografía, que
permitan caracterizarlo en vista de su utilización en aplicaciones. Por otra parte, los
compuestos superconductores basados en nitruros de Mo, han sido caracterizados previamente
en la literatura en cuanto a su composición y propiedades superconductoras.
El principal objetivo de esta tesis para con este material es estudiar su comportamiento
ante la presencia de interfases e impurezas, en vista de utilizarlo en aplicaciones.
Utilizando el conocimiento adquirido, se confinaron estructuras micro-fabricadas geométricamente,
y se evaluó el desempeño de la fase superconductora γ-Mo_2N para ser
utilizada en la fabricación de detectores criogénicos de radiación. Además, en vista
de la calidad de las interfases y de las muestras depositadas, se diseñaron y fabricaron
junturas verticales sobre heteroestructuras superconductor/aislante caracterizadas
previamente desde un punto de vista básico. Los resultados proveen un método sencillo
y eficiente para depositar láminas delgadas ricas en la fase β-W nanocristalina
y un método de depósito de láminas delgadas de la fase γ-Mo_2N con sus propiedades
superconductoras optimizadas en láminas delgadas de pocos nanómetros de espesor.
Por otra parte, la caracterización aplicada muestra que estos materiales son candidatos
ejemplares para su utilización en el desarrollo de detectores de radiación, pero no así
para el desarrollo de junturas con las heteroestructuras utilizadas
Compactificación de supercuerdas heteróticas en orbifolios asimétricos en D=7
Full text linkConstruimos modelos de supercuerdas heteróticas compactificadas en orbifolios asimétricos
T"3/Z_3 con una acción que consiste en rotar dos direcciones derechas y s direcciones
izquierdas y realizar a su vez una translación en las direcciones invariantes. Luego calculamos
la función de partición y verificamos su invariancia modular, obteniendo una
condición sobre el vector de traslación. Por último, analizamos el espectro de estas
teorías, enfocándonos en estados no masivos y taquiónicos
Descripción probabilística de señales obtenidas en resonancias magnéticas funcionales
Full text linkLa resonancia magnética funcional es una técnica para determinar qué áreas del cerebro están involucradas en tareas cognitivas especificas, midiendo el nivel de oxigenación de la sangre en el cerebro. La alta dimensionalidad del espacio de imágenes funcionales hace virtualmente imposible un muestreo exhaustivo que permita definir el carácter normal o anormal de los datos medidos, salvo anomalías manifiestas. Esta investigación aborda este problema para el caso particular de estimar correlaciones poblacionales y funcionales. En contraste con enfoques convencionales de reducción de dimensionalidad, se implementó un método innovador basado en la matriz de información de Fisher, preservando direcciones asociadas a autovalores grandes o pequeños.
En el primer segmento, se abordaron datos neuroanatómicos, con el objetivo de determinar los parámetros relevantes para evaluar la normalidad de una muestra individual. El resultado reveló que el método propuesto justifica la construcción de un modelo reducido con un único parámetro por legión.
En el segundo segmento se analizaron las imágenes funcionales. En primer lugar, se caracterizaron parámetros distintivos de las señales temporales, así como su reproducibilidad intra- e inter-sujeto. Varias regiones cerebelares, límbicas, y asociadas al lenguaje mostraron comportamientos interesantes.
En segundo lugar, el análisis de la conectividad funcional utilizando la matriz de información de Fisher evidenció una marcada correlación inversa entre el logaritmo de la variabilidad poblacional en la dirección de cada autovector y el logaritmo del autovalor
correspondiente. El autovector correspondiente al máximo autovalor modula las conexiones ipsilaterales entre regiones frontales y temporales, sugiriendo que variaciones en esta dirección pueden estar asociadas a patologías, como ocurre en epilepsias
frontales y temporales. El autovector de mínimo autovalor resulta complementario al de máximo autovalor, complementariedad que se observa también entre otros autovectores asociados a autovalores grandes y pequeños.
El análisis aquí realizado muestra una conclusión novedosa respecto a análisis anteriores. Cuando la matriz de convarianza de un sujeto específico difiere de la del promedio poblacional, puede hacerlo en una dirección alineada con autovectores de la
matriz de Fisher con autovalores grandes o pequeños. El primer caso se asocia con una anomalía poco frecuente en la población sana, lo cual puede servir de advertencia, mientras el segundo caso debe interpretarse como normal, dando una caracterización de la individualidad en fluctuaciones de la población sana