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Desarrollo de técnicas de muongrafía para estudios densitométricos de objetos de importancia estratégica
(Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato") Calderón Ardila, Rolando; Asorey, Hernán; Almela, Alejandro; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato"
La muongrafía, también conocida como radiografía con muones es una técnica en constante desarrollo, similar en concepto a las imágenes de rayos X pero utilizando muones en lugar de fotones. Esta técnica innovadora está siendo ampliamente investigada y aplicada en proyectos científicos y desarrollos tecnológicos en diferentes escenarios al rededor del mundo y representa una oportunidad para la región. En esta tesis se presenta la investigación enfocada en el desarrollo experimental sobre la técnica de muongrafía, presentamos un contenido teórico inicial, una propuesta experimental, investigación, desarrollo y puesta en marcha del primer telescopio de muones modular realizado en la Argentina. Para el desarrollo del proyecto de investigación, también se uso un entorno de simulación para calcular y caracterizar el flujo de partículas secundarias producidas en la interacción de rayos cósmicos con la atmósfera. Estos estudios computacionales se basan en trabajos previos y en desarrollo, algunos en los cuales continuamos colaborando actualmente. En nuestro caso nos enfocamos principalmente en el flujo de muones atmosféricos para estimar la respuesta del detector. Adicionalmente se trabajo con un enfoque a futuro pensando en estudiar la interacción de estas partículas con las estructuras geológicas o civiles de interés. Se construyo un detector prototipo usando paneles formados por barras centelladoras de plástico configuradas como arreglos perpendiculares, integrados con una electrónica multicanal desarrollada en el grupo ITeDA. En el trabajo experimental se caracterizo y calibro la respuesta individual de los píxeles de los planos detectores y su conjunto. Estudiamos la factibilidad de aplicación de la técnica realizando diferentes mediciones y diferentes enfoques o prototipos, se midió el fondo de radiación en Buenos aires diferentes ángulos cenitales, se estimaron densidades con el método de transmisión usando ladrillos de plomo de referencia y la prueba de concepto realizando una muongrafía a una estructura civil, en este caso el edificio del acelerador Tandar ubicado en el centro atómico constituyentes.
Estudio de las variables que afectan la precipitación de hidruros en aleaciones de circonio
(Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato") Müller, Sebastián Carlos; Domizzi, Gadys; Luppo, María Inés; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato"
La precipitación de hidruros en aleaciones de circonio afecta la integridad mecánica y la vida útil de estos materiales durante su operación en reactores nucleares. Esto ha motivado la investigación científica sobre esta temática durante los últimos 50 años, en donde aun quedan aspectos a indagar en lo que hace a la comprensión de la precipitación de hidruros. Esta tesis presenta un estudio experimental de la precipitación de hidruros en dos tubos de presión CANDU: Zr-2,5Nb y Zircaloy-2. El trabajo de tesis se enfoca en el efecto de la velocidad de enfriamiento sobre la precipitación, en la determinación de los granos del material en los que precipitan los hidruros, en la solubilidad de hidrógeno y en la caracterización de hidruros mediante microscopía electrónica de transmisión. La hidruración de las muestras de ambas aleaciones estudiadas se llevó a cabo mediante las técnicas de carga gaseosa y carga catódica de hidrógeno. Para el análisis experimental se utilizaron las siguientes técnicas de caracterización: microscopía óptica, microscopía electrónica de transmisión, difracción de rayos-X y de neutrones, y calorimetría diferencial de barrido. El análisis mediante las técnicas de difracción permitió estudiar los hidruros formados en las distintas familias de granos α -Zr que constituyen la textura cristalográfica de tubos de presión, la relación de orientación hidruro-matriz y la probabilidad de precipitación en las distintas familias. Para el Zr-2,5Nb, la máxima probabilidad de precipitación se atribuyó a los granos que tienen el polo (0 0 0 1) α paralelo a la dirección radial del tubo, mientras que los valores más bajos de probabilidad se obtuvieron para los granos que tienen dicho polo paralelo a la dirección hoop. Las observaciones de microscopía electrónica indicaron que la proyección de las placas de hidruro es compatible con un plano de hábito cercano a {1 -1 0 7} α , en ambas aleaciones estudiadas. Los apilamientos de placas de hidruro se analizaron en función de una interpretación geométrica basada en conceptos postulados por otros autores, ofreciendo una posible explicación para la estructura de los hidruros metalográficos observados mediante microscopía óptica. Comparando la solubilidad de hidrógeno entre muestras enfriadas en horno y muestras templadas, se observó un corrimiento hacia mayor solubilidad al aumentar la velocidad de enfriamiento.
Diseño, síntesis y caracterización estructural y mecánica de nanomateriales porosos robustos
(Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato") Ramallo, Juan Ignacio; Fuertes, María Cecilia; Bringa, Eduardo Marcial; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato"
La integración de películas de materiales nanoporosos robustos en dispositivos es un tema de gran interés en la actualidad. La porosidad le brinda a las películas nuevas funcionalidades, pero puede generar la pérdida de la estabilidad química y estructural. El incremento de la estabilidad de estos sistemas porosos es de gran importancia para poder aplicar estos materiales en dispositivos durables y reutilizables. En esta tesis se realizó el diseño, la síntesis y la caracterización estructural, química y mecánica de sistemas porosos que forman parte de diversos dispositivos: sensores ópticos, catalizadores, celdas de combustible y adsorbentes. En todas estas aplicaciones, la funcionalidad viene dada por la porosidad accesible y la composición. La integridad estructural de estas películas porosas fue uno de los parámetros a optimizar; parámetros mecánicos como módulo elástico, dureza, trabajo elástico y plástico, resistencia a la delaminación y fractura, entre otras, se evaluaron utilizando nanoindentación. Se relacionaron sus características estructurales (espesor, porosidad, tamaños de poros, orden poroso, cristalinidad, etc.) y químicas (composición, modificación superficial o con nanopartículas) con las propiedades mecánicas y tribológicas de los materiales. Así, se estudiaron experimentalmente películas porosas de óxidos (SiO2 y TiO2) basadas en nanopartículas. También se estudiaron películas obtenidas por sol-gel: tratadas térmicamente (SiO2 y TiO2, óxidos mixtos con Zr e híbridos con un grupo funcional vinilo) sometidas a ensayos de disolución, y consolidadas con rayos X de alta intensidad (TiO2 con nanopartículas de Ag en su interior). En el caso del TiO2 nanoporoso, se realizaron simulaciones de Dinámica Molecular utilizando deformación homogénea, para comprender la deformación a escala nanométrica y el efecto del tamaño de poro y la fracción porosa sobre las propiedades mecánicas. El objetivo es inspirar nuevas metodologías de síntesis para obtener materiales con propiedades mecánicas mejoradas. Finalmente, se estudiaron de forma experimental metales nanoporosos: oro y tantalio. En el caso del oro, se estudió el efecto de la irradiación sobre películas nanoporosas funcionalizadas con Al2O3. En el caso del tantalio, se estudió el efecto del tamaño de ligamento en micropartículas nanoporosas.
Estudio del efecto magnetocalórico en perovskitas de La0.6 Sr0.4(CoFe)O3
(Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato") Morales, Fabiana; Quintero, Mariano; Sacanell, Joaquín; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato"
En esta tesis se presenta la síntesis, caracterización de estructura, morfología, propiedades magnéticas y el estudio del Efecto magnetocalórico en las perovskitas La 0,6 Sr 0,4 Co1- x Fe xO3. Específicamente nos centramos en el estudio de la influencia de la estructura y dopaje en las propiedades magnéticas y en el efecto magnetocalórico de las mismas. El estudio del efecto magnetocalórico (EMC) se define como el estudio de la variación adiabática o del cambio isotérmico en la entropía magnética de un material cuando se aplica un campo magnético externo[1]. Este EMC depende de las propiedades magnéticas de los materiales por lo que nos vimos interesados en estudiar el EMC en perovskitas tipo ABO3, donde en el sitio A se encuentran la tierra rara La y el alcalino terreo Sr en proporciones 0,6 y 0,4 debido a que se ha reportado que tiene una transición magnética a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y en el sitio B decidimos usar metales de transición cómo lo son el Fe y Co, para estudiar su influencia en el comportamiento magnético y EMC. Para estudiar la influencia del dopaje, en este trabajo iniciamos con el estudio del comportamiento magnético y el EMC de polvos nanoestructurados La0,6Sr0,4Co1-xFexO3 entre las muestras límites que son las que tienen x=0 La0,6Sr0,4CoO3 (LSCO) y x=1 La0,6Sr0,4FeO3 (LSFO). Usando ese conocimiento como base, analizamos finalmente el comportamiento de los dopajes intermedios con x = 0,2, 0,5 y 0,8. Las muestras fueron sintetizadas mediante un método desarrollado en el laboratorio, que permite obtener nanopartículas desaglomeradas, conocido como método de mojado de poros. Para el cual se prepararon soluciones con dopajes de hierro x = 0, 0,2, 0,5, 0,8 y 1 y se utilizaron membranas de policarbonato con poros de 200 nm y 800 nm. Dado que las muestras fueron tratadas térmicamente a temperaturas de 800°C y 1000°C, se obtuvieron un total de 18 muestras. Mediante difracción de rayos X, se observó que las muestras LSCO con x=0 exhiben dos fases una fase cúbica y una ortorrómbica. Para las muestras LSFO con x = 1 se obtiene una estructura de tipo perovskita romboédrica, asociada al grupo espacial R3̅c, y se observaron impurezas que pueden asociarse a una presencia mínima de hematita. Para las muestras dopadas se obtuvo que todas las muestras cristalizan en el grupo espacial R3̅c independientemente de la relación Co/Fe presente en la perovskita. Los tamaños de cristalita para todas las muestras van desde los 28,8 nm hasta los 60 nm. En cuanto a la morfología, las muestras mostraron forma de nanotubos y nanohilos, en general. En una de las muestras dopadas se observaron aglomerados de partículas amorfas. Los diámetros de los nanohilos y los espesores de las paredes de los nanotubos, correlacionan con el tamaño de las partículas, yendo desde aproximadamente 90 nm a 160 nm. En el caso de los tubos, se observó que el tamaño medio de partículas que los conforman dependen del dopaje con hierro, a mayor dopaje con hierro se observaron tamaños más chicos de partículas y formaciones de paredes más compactas. Una vez analizadas la estructura y morfología de las muestras, estudiamos el comportamiento magnético en todas las muestras. A partir de las mediciones de magnetización en función de la temperatura, observamos transiciones del estado paramagnético al ferromagnético, con la presencia de un estado bloqueado a bajas temperaturas. Obtuvimos las temperaturas de Curie y de bloqueo (TC y TB). Se observó que el dopaje de hierro provoca una disminución en la magnetización máxima de las muestras. Este efecto es consistente a través de todas las mediciones, independientemente del tamaño de poro o el tratamiento térmico aplicado. A su vez observamos que las muestras con tratamiento a 800°C presentan una temperatura de bloqueo más alta que las muestras tratadas a 1.000°C. Las mediciones de magnetización en función de la temperatura exhiben un comportamiento típico de materiales ferromagnéticos. Sin embargo, en las muestras con mayor dopaje de hierro (x ≥ 0,8) no se observó una TC en el rango de medición, de 50K a 400K. Del estudio de la magnetización en función del campo magnético, observamos que el dopaje con hierro afecta tanto la magnetización de máxima (Mmáxima) como el campo coercitivo (HC) de las muestras. La Mmáxima tiende a disminuir al aumentar el dopaje con Fe, mientras que la influencia en HC es menos regular. Las muestras con menor dopaje de Fe presentan curvas de histéresis con comportamiento ferromagnético por debajo de TC y paramagnético por encima de TC. Por su parte, las muestras con mayor dopaje de hierro muestran un aumento del campo coercitivo y un comportamiento bloqueado, reminiscente a sistemas superparamágneticos. Realizamos un estudio de Arrot donde determinamos que la transición magnética es de segundo orden para todas las muestras estudiadas. Finalmente, realizamos un estudio del EMC indirecto a través del cálculo del cambio en la entropía magnética ∆S, en función de la temperatura y el campo magnético aplicado. Observamos que las muestras con mayor contenido de cobalto poseen un ∆Smáx que es mayor y tienen un ancho del pico de ∆S en función de la temperatura más angosto que en las muestras con mayor contenido de dopaje de hierro, las cuales a medida que se aumentaba el dopaje mostraban una amplificación del rango de temperaturas donde hay un cambio en la entropía.
Modelos y mecanismos de fases topológicas superconductoras
(Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato") Gruñeiro, Leonel José; Arrachea, Liliana; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato"
La búsqueda y detección de estados topológicos de la materia es un campo sumamente activo tanto en la física teórica, como en la experimental. La rama que se encarga de estudiar los superconductores topológicos presenta, de un tiempo a la fecha, un interés particular. La motivación principal se halla en el hecho de que esta fase se encuentra caracterizada por estados localizados en los bordes (estados de Majorana) y que los mismos poseen una estadística no-abeliana la cual resulta muy importante en la carrera por la computación cuántica. El objetivo principal de la presente tesis es el estudio teórico de los ingredientes y mecanismos, en sistemas de baja dimensionalidad, que son relevantes para la generación de fases topológicas superconductoras. En particular, se estudian y proponen métodos de detección de los estados de borde correspondientes a partir de experimentos de transporte. En una primera parte se estudia la corriente Josephson y los espectros de Andreev para todas las posibles configuraciones en donde se tienen superconductores topológicos con simetría de inversión temporal (TRITOPS). Se incluye un Quantum Dot interactuante en la juntura y se discuten los efectos de la orientación relativa entre los vectores de acoplamiento spin-órbita, así como el impacto de las interacciones de muchos cuerpos. En una segunda parte, se analizan configuraciones de dos terminales con un superconductor topológico bajo la acción de un campo magnético y acoplamiento spin-órbita, y un Quantum Dot embebido. Se examinan las excitaciones y las propiedades de transporte para sistemas en condiciones similares a las experimentales. Finalmente, se discuten y señalan las principales características a tener en cuenta en la observación de picos de conductancia a voltaje cero, haciendo uso de la información complementaria arrojada por los espectros de energía. En ambos casos, se hace uso del formalismo de funciones de Green de Schwinger-Keldysh para el cálculo de las propiedades de transporte, así como de métodos efectivos para el cómputo de los espectros de energía. En este último caso, se analiza la factibilidad de los sistemas efectivos así como sus límites.