Estudio de las direcciones de arribo de los rayos cósmicos de ultra-alta energía del observatorio Pierre Auger.

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Estudio de nanomateriales compuestos metal/óxido para su aplicación como electrodos de celdas de combustible y electrolíticas de óxido sólido tolerantes al carbono.

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Materiales para captura de CO_2: síntesis, estudio y determinación de propiedades para su aplicación

El incremento de las emisiones de gases de efecto invernadero (principalmente CO_2) al ambiente lleva al agravamiento del calentamiento global, lo cual es un problema de gran interés en la actualidad. El consumo de energía va en aumento, y entre las plantas de generación eléctrica, las que utilizan combustibles fósiles son las que emiten mayores cantidades de CO_2. Dentro de las opciones que se están investigando para lograr los objetivos de reducción de CO_2 a mediano y largo plazo, la captura de CO_2 post combustión en centrales térmicas es un método promisorio. A su vez, existen una serie de tecnologías, aún en las primeras etapas de desarrollo, entre las que destaca la absorción de CO_2 empleando materiales cerámicos. En este trabajo se desarrolló un material cerámico para captura de CO_2 a altas temperaturas y bajas presiones parciales: el ortosilicato de litio (Li_4SiO_4). Se sintetizó de manera exitosa el Li_4SiO_4, tanto por la vía convencional, como por vía húmeda, y también empleando agentes dopantes. Se evaluaron sus propiedades y se comprobó su estabilidad y capacidad de regeneración luego de 5 ciclos de uso

Filtros selectivos de dinámicas traslacionales en microestructuras de materia blanca con MRI

La resonancia magnética nuclear (NMR) es, al día de hoy, uno de los métodos más utilizados a la hora de obtener imágenes médicas de forma no invasiva. Sin embargo, los límites de resolución de las secuencias convencionales no permiten acceder a los procesos que suceden a escalas micro y sub-micrométricas, los cuales representan información de vital importancia tanto en el ámbito clínico como en el de investigación. Trabajos recientes sugieren que la secuencia NOGSE (Non-uniform Oscillating-Gradient Spin-Echo) es capaz de obtener información cuantitativa en estas escalas por medio de la difusión molecular, utilizando a los espines nucleares como sensores cuánticos que permiten extraer información sobre su entorno. Sin embargo, los modelos actuales para su respuesta no contemplan la variedad de procesos difusivos que suceden en tejidos biológicos como la materia blanca, lo que limita su capacidad de predicción cuantitativa. Por otra parte, trabajos anteriores han demostrado de forma teórica y experimental que es posible utilizar la secuencia NOGSE para filtrar la señal proveniente de procesos que suceden en escalas espaciales especificas. A partir de esto, en este trabajo implementamos la secuencia de modulación de gradiente NOGSE para filtrar selectivamente la señal proveniente de moléculas confinadas en microestructuras de tamaños específicos, con el objetivo de extraer información estructural de tejidos biológicos aún en presencia de dinámicas moleculares complejas. Para esto, se analizaron los datos correspondientes a experimentos de DWI realizados sobre un fantoma construido con el fin de emular los regímenes difusivos que tienen lugar en los espacios extra-axonales de la materia blanca. En una primer etapa de caracterización, se encontró evidencia consistente de la presencia de una dinámica traslacional compleja, conformada por un proceso de difusión confinada a tiempos cortos y un límite de tortuosidad a tiempos largos. Se observó que la secuencia es capaz de filtrar la señal y observar selectivamente la proveniente de moléculas confinadas a las restricciones de interés en un proceso que denominamos tortuosidad microscópica. A través de un modelo teórico de la señal, se demostró esta observación experimental y posibilitó la determinación de las formas óptimas de configuración de la secuencia para observar esta información cuantitativa. Estos resultados permitieron optimizar protocolos para generar imágenes cuantitativas de información microestructural en cerebro humano para el diseño de nuevas herramientas de diagnóstico médico

Nanopartículas magnéticas multicomponentes: diseño, fabricación y propiedades

Las propiedades de las nanopartículas magnéticas están definidas por la elevada relación superficie/volumen y se manifiestan en fenómenos como superparamagnetismo, anisotropía de superficie, desorden magnético superficial y exchange-bias. La síntesis de nanoestructuras multicomponentes con un grado creciente de complejidad permite un mayor control sobre sus propiedades que, guiadas por el impulso de la miniaturización de dispositivos electrónicos y el avance de las energías limpias y la nanomedicina, pueden optimizar el rendimiento de materiales para almacenamiento magnético de datos, imanes permanentes, aplicaciones biomédicas o catálisis. El superparamagnetismo impone un límite a la reducción del tamaño debido a la fluctuación térmica del momento magnético cuando su energía de anisotropía resulta comparable a la energía térmica. Frente a ello, estudios previos demostraron que el acoplamiento en la interfaz de nanopartículas bimagnéticas antiferromagneto/ferrimagneto de estructura core/shell permite incrementar la anisotropía efectiva y manipular el exchange-bias, de acuerdo a la relación entre la energía de anisotropía del antiferromagneto y la intensidad de la interacción de intercambio en la interfaz.Esta tesis se enfocó en el diseño, la fabricación y el estudio de nuevos materiales nanoestructurados basados en nanopartículas core/shell, orientados a sintonizar las propiedades físicas gracias a la comprensión de los mecanismos microscópicos que los gobiernan.Se emplearon óxidos de metales de transición, materiales abundantes y relativamente económicos que ofrecen una variedad de propiedades, incluyendo ferrimagnetos como ferritas de elevada anisotropía magnetocristalina CoFe2O4, ferritas de anisotropía ajustable según su composición (ferritas mixtas de Zn-Co o Ni-Co) o biocompatibles (Fe3O4), monóxidos antiferromagnéticos de elevada anisotropía (CoO) y semiconductores diamagnéticos fotoluminiscentes (ZnO). Distintas familias de nanopartículas multicomponentes se sintentizaron mediante métodos químicos basados en la descomposición de organometálicos en solventes orgánicos, asistida por surfactantes. Los materiales desarrollados se estudiaron mediante técnicas de caracterización estructural (microscopía electrónica de transmisión, difracción y reflectometría de rayos X, termogravimetría), magnética (distintos magnetómetros DC y AC) y óptica (espectrometría UV-visible y de fotoluminiscencia).En primer lugar se diseñaron distintos sistemas de nanopartículas core/shell de composición CoO/CoFe2O4 y se estudiaron los efectos de tamaño con el objetivo de controlar la anisotropía efectiva. A diferencia de lo que se observa en nanopartículas monofásicas, al reducir el tamaño se registró un notable incremento de la anisotropía, a expensas de una menor estabilidad térmica por el menor volumen total. En nanopartículas de 5 nm de diámetro, se demostró que el campo coercitivo medido a 5 K puede incrementarse hasta 30.8 kOe, valor un 50 % mayor que el máximo reportado para nanopartículas monofásicas de CoFe2O4. A su vez, la estabilidad del momento magnético puede aumentarse hasta la temperatura de Néel del CoO, cerca de temperatura ambiente. Se encontró que la cristalinidad del núcleo de CoO y la eficacia de la interacción de intercambio en la interfaz se pueden controlar mediante un tratamiento térmico gracias al recubrimiento que protege al núcleo. Además, la comparación con un sistema de tamaño y morfología análogos pero formado por un núcleo diamagnético (ZnO/ CoFe2O4) permitió identificar los diferentes roles de los efectos de superficie, de interacciones y de interfaz, los últimos responsables de un mayor campo coercitivo, mayor temperatura de bloqueo y menor volumen de activación en nanopartículas bimagnéticas.Luego, en sintonía con los objetivos planteados en el plan de trabajo original, se propuso manipular el campo de exchange-bias y la anisotropía efectiva introduciendo Zn2+ y Ni2+ en la ferrita de Co, para lo que se diseñaron nuevos sistemas de nanopartículas core/shell CoO/ferrita. Se encontró que al incorporar Zn2+, un ión 3d10 no magnético, se debilita el acoplamiento en la interfaz lo que lleva a maximizar el exchange-bias para concentraciones intermedias de Zn en la ferrita mixta. Los resultados se interpretaron de acuerdo a la competencia entre la energía de anisotropía del CoO y la energía de acoplamiento en la interfaz, considerando la densidad de espines magnéticos acoplados en la interfaz. En cambio, la introducción de Ni2+ en la ferrita de Co demostró, además de la presencia de exchange-bias, importantes efectos de superficie y desorden magnético.Las dificultades para controlar con precisión los tamaños de las fases en las estructuras core/shell y la necesidad de un estudio sistemático de los efectos de los tamaños relativos sobre el acoplamiento en la interfaz motivó la fabricación y estudio de películas delgadas ferrita/ferrita. En bicapas de Fe3O4/CoFe2O4 fabricadas mediante depósito por láser pulsado donde el espesor de Fe3O4 se varió entre 0 y 25 nm, se identificó un espesor crítico de ≈8 nm para la magnetita, por debajo del cual se observa un acople rígido entre ambas fases, mientras que mayores espesores promueven un comportamiento de tipo exchange-spring. Tales estudios, realizados durante una estadía en el Centro de Investigaciones en Química Biológica de la Universidad de Santiago de Compostela en el marco de estadías cortas del programa Bec.Ar, pueden servir como sistema modelo para el diseño de nanopartículas bimagnéticas con propiedades óptimas.Por último, se diseñó y fabricó un sistema de nanopartículas core/shell bifuncionales de composición CoFe2O4/ZnO. La caracterización preliminar reveló que el material es capaz de generar calor frente a la aplicación de un campo magnético de radiofrecuencia y, al mismo tiempo, presenta una respuesta óptica fotoluminiscente. Los progresos registrados en los últimos años en el campo de la nanomedicina sugieren que las nanopartículas magnéticas pueden aportar soluciones a problemas biomédicos específicos. La combinación de ambas funcionalidades en un mismo material permitiría abordar nuevos estudios en el campo de la hipertermia de fluido magnético donde la marcación óptica es fundamental, por ejemplo, para la evaluación de una aplicación sistémica de las nanopartículas en el organismo.La nanotecnología ofrece actualmente poderosas herramientas para el desarrollo de materiales magnéticos avanzados, incluyendo nuevos métodos químicos de fabricación y la consolidación de técnicas de caracterización sensibles a la interfaz. El principal aporte de este trabajo fue el diseño de nanoestructuras multicomponentes y el estudio de la compleja relación entre su estructura y propiedades físicas, que las distinguen de las nanopartículas monofásicas, con el fin de desarrollar nuevos materiales con propiedades sintonizables.The properties of magnetic nanoparticles are governed by the high surface-to-volume ratio and are manifested in dierent phenomena such as superparamangetism, exchangebias, surface magnetic disorder and surface anisotropy. The fabrication of complex multicomponent nanostructures enables a better control of their physical properties and, driven by the current needs for miniaturized devices and the growth of clean energy and nanomedicine, can improve the performance of materials for magnetic recording media, permanent magnets, biomedical applications or catalysis. Since the magnetic moments uctuates when its anisotropy energy is comparable to the thermal energy, the superparamagnetism imposes a limit to the size reduction. In this context, previous studies showed that the eective anisotropy and the exchange-bias eld can be increased as a result of the relationship between the antiferromagnetic anisotropy energy and the interface coupling energy in antiferromagnetic/ferrimagnetic core/shell bimagnetic nanoparticles. This thesis is focused on the design, fabrication and study of new nanostructured materials based on core/shell nanoparticles aiming at tuning the physical properties and understanding the microscopic mechanisms that rule them. Due to their abundance and relatively low costs, transition metal-oxides were employed. Such materials oer a variety of properties, including ferrimagnets with high magnetocrystalline anisotropy (CoFe_2O_4), with composition-dependent anisotropy (mixed Zn-Co or Ni-Co ferrites) or biocompatible (Fe_3O_4), antiferromagnetic monoxides with high anisotropy (CoO) and diamagnetic fotoluminiscent semiconductors (ZnO). Dierent families of multicomponent nanoparticles were synthesized by chemical methods based on the high temperature decomposition of organometallics assisted by surfactants. The materials were studied by means of structural (transmission electron microscopy, X-ray diraction and refl ectivity, thermogravimetry), magnetic (multiple DC and AC magnetometry) and optical (UV-visible and photoluminescence spectroscopy) characterization techniques. Firstly, dierent CoO/CoFe_2O_4 core/shell nanoparticle systems were designed and their size eects were analyzed with the aim of controlling the eective magnetic anisotropy. A remarkable increase of the anisotropy was found when the size is reduced, at the expense of a lower thermal stability for the magnetic moment. It was shown that the coercive eld of 5 nm nanoparticles can be increased up to 30.8 kOe at 5 K, 50 % larger than the maximum value reported up to now for single-phase CoFe_2O_4 nanoparticles; while the thermal stability of the magnetic moment can be increased up to the Neel temperature of CoO, close to room temperature. It was found that, since the CoO core is protected by the ferrite shell, its structural quality, and therefore the eciency of the interface exchange interaction, can be improved by a thermal treatment. In addition, the dierent roles played by surface eects, magnetic interactions and interface eects were identied by the comparison with ZnO/CoFe_2O_4 core/shell nanoparticles, synthesized with anologous size and morphology but a diamagnetic core. The results indicate that the interface interaction is responsible for the larger coercive eld and blocking temperature and the lower activation volume observed for bimagnetic nanoparticles. Next, the introduction of Zn"2+ or Ni"2+ into the ferrite was proposed in order to manipulate the exchange-bias eld and the eective anisotropy. To this extent, novel core/shell CoO/mixed-ferrite bimagnetic nanoparticles were designed and synthesized. It was found that the introduction of Zn"2+, a 3d"10 non-magnetic ion, reduces the interface exchange-coupling leading to a non-monotonic variation of the exchange-bias that results maximum for intermediate Zn concentrations. Such behavior was interpreted by taking into account the competition between the anisotropy energy of the CoO and the interface coupling energy, and by considering the density of coupled-spins a the interface. On the other hand, the introduction of Ni"2+ into the Co-ferrite revealed, in addition to the presence of exchange-bias, important surface and magnetic disorder eects. The diculties to adjust precisely the size of each phase in core/shell structures and the requierements of a systematic study of the size eects on the interface exchangecoupling motivated the fabrication and study of ferrite/ferrite thin lm bilayers. Therefore, high-quality Fe_3O_4/CoFe_2O_4 bilayers with a Fe_3O_4-thickness varying between 0 and 25 nm were produced by pulsed laser deposition and an 8 nm critical Fe_3O_4 thickness was identied: while thicknesses below such value lead to a rigid-coupling regime, larger values promote an exchange-spring behavior. The present study can be useful as a model system for the design of novel bimagnetic nanoparticles with improved properties. Finally, core/shell bifunctional CoFe_2O_4/ZnO nanoparticles were designed, fabricated and its preliminary characterization is reported. Such material is able to generate heat upon the application of a radiofrequency magnetic eld and shows, at the same time, a photoluminescent optical response. In the last years, the continuous progress of nanomedicine has suggested that magnetic nanoparticles can provide solutions to specic biomedical issues. The combination of both functionalities in a nanoparticle system could initiate new studies in the eld of magnetic uid hyperthermia where optical labeling is a key factor, for example, to the evaluation of a systemic delivery of nanoparticles into the body. Current nanotechnology oers powerful tools for the development of advanced magnetic materials, including new chemical synthesis methods and the consolidation of interface-sensitive characterization techniques. The main contribution of this thesis is the design of multicomponent nanoparticles, their study and the interpretation of the complex relationship between their structure and physical properties, which are clearly dierent than single-phase and bulk materials.Fil: Lavorato, Gabriel Carlos. Comision Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche). División Física de Metales; Argentin

Efectos de la interacción electrón-electrón y campos magnéticos en gases bidimensionales de electrones

En este trabajo hemos estudiado los efectos de la interacción electrón-electrón y campos magnéticos en gases cuasi-bidimensionales de electrones (q2DEGs). Para estos sistemas, con un campo magnético aplicado en la dirección de cuantización, se estudiaron los efectos de las interacciones electrónicas en el régimen del efecto Hall cuántico entero. En una primera etapa, se usó la aproximación de Hartree-Fock variacional para estudiar los posibles cruces de niveles de Landau en un sistema de tres láminas semiconductoras acopladas. A partir de este estudio se determinó en que situaciones los niveles de Landau se ¨anti-cruzan¨ (estados ¨easy-axis¨) o se mezclan (estados ¨easy-plane¨), al coincidir sus energías con el potencial químico µ. Se demuestra que este comportamiento es una consecuencia de la competencia entre las interacciones de Hartree e intercambio. Para el estudio de los q2DEGs dentro del marco de la teoría de funcional densidad (DFT), se desarrolló el formalismo de intercambio exacto para estos sistemas con campo magnético aplicado. Se obtuvo un funcional para la energía de intercambio que se minimiza de manera no analítica en los valores enteros del factor de llenado ν. Se encontró una solución analítica para el potencial de intercambio exacto en el régimen de una subbanda ocupada. Este potencial presenta discontinuidades en los valores entero de ν, que pueden ser inducidas incluso a densidad constante, variando el campo magnético. Estos funcionales de intercambio exacto presentan notables diferencias con los correspondientes en la aproximación de densidad local. Por último, dentro de la DFT, utilizando el esquema de Kohn-Sham (KS) y respuesta lineal se calculó la resistividad longitudinal ρxx para dos sistemas de interés desde el punto de vista experimental. Se evidenció en los cálculos la importancia de las interacciones, principalmente en las regiones donde se cruzan varios niveles de Landau. Los resultados obtenidos son bastante cercanos a los experimentos.In this work we have studied the effects of electron-electron interaction and magnetic fields in quasi-two-dimensional electron gases (q2DEGs). For these systems with an applied perpendicular magnetic field, the effects of electronic interactions on the integer quantum Hall effect regime were studied. In a first stage, a variational Hartree-Fock approximation was used to study the possible crossings of Landau levels in a system of three coupled semiconductor layers. We has determined in which situations the Landau levels present a "anti-crossing" behavior (easy-axis states) or they are mixed (easy-plane states), when their energies coincide with the chemical potential µ. It is shown that this behavior is a consequence of the competition between Hartree and exchange interactions. For the study of q2DEGs within the framework of the density functional theory (DFT), the exact exchange formalism was developed for these systems with an applied magnetic field. A functional for the exchange energy was obtained that is minimized non-analytically at the integer values of the filling factor ν. We found an analytical solution for the exact exchange potential in the one occupied subband regime. This potential has discontinuities at the integer values of ν, which can be induced even at constant density, varying the magnetic field. These exact exchange functionals show notable differences with the corresponding ones in the local density approximation. Finally, within the DFT framework, using the Kohn-Sham (KS) scheme and linear response, the longitudinal resistivity ρxx was calculated for two systems of interest from the experimental point of view. The importance of interactions was evidenced in the calculations, mainly in the regions where several Landau levels cross. The results obtained are quite close to the experiments.Fil: Miravet Martinez, Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo; Argentin

Análisis del efecto de la modulación de conductancias sub-umbrales sobre la excitabilidad de neuronas talamocorticales mediante el uso de dynamic clamp.

El comportamiento oscilatorio de neuronas talamocorticales normalmente esta asociado al procesamiento sensorial y cognitivo. En casos patológicos, este tipo de comportamiento también puede estar asociado a, por ejemplo, distintos tipos de crisis epilépticas. Trabajos previos de nuestro laboratorio realizaron predicciones acerca de la influencia de distintas corrientes de bajo umbral sobre la propensión a oscilar de las neuronas talamocorticales. Se demostró que pequeños cambios en los parámetros que modelan distintas corrientes, podrían empujar al sistema oscilatorio talamocortical fuera del rango fisiológico y hacia el tipo de oscilaciones patológicas que se observan en estos tipos de epilepsia. Este trabajo tuvo como objetivo el estudio experimental de dichas predicciones. Para ello realizamos experimentos en neuronas talamocorticales de ratón. En particular demostramos la importancia de la corriente rectificadora de entrada de potasio I_Kir y la corriente de bajo umbral de calcio I_T en la generación de disparos en ráfaga, que es el modo de disparo asociado a sueño NREM y también a episodios de epilepsia de ausencia. Además se exploro el papel de las conductancias subumbrales sobre la modulación de la ganancia de estas neuronas. Encontramos que los parámetros de voltaje-dependencia de la corriente de potasio I_A son determinantes para esta modulación

Estudio de la rugosidad en paredes de dominio en GdFeCo.

En los materiales ferromagnéticos se suelen observar, en el rango de pequeños campos magnéticos, la coexistencia de dominios cuyas magnetizaciones apuntan en sentidos diferentes. En particular, en las películas delgadas con anisotropía magnética perpendicular, la dirección de la magnetización de los dominios apunta siempre perpendicular al plano de la muestra, prefiriendo dos posibles direcciones. La región donde ocurre la transición de un dominio a otro se denomina pared de dominio magnético. La energía elástica en la pared, la temperatura, los campos magnéticos externos y el desorden propio de la muestra compiten entre sí causando que las paredes de dominio sean rugosas. Esta rugosidad, una propiedad geométrica de la pared de dominio, codifica información sobre las interacciones presentes en el material. Utilizando microscopía magneto-óptica por efecto Kerr polar y análisis de imágenes, desarrollamos un método para cuantificar la rugosidad de paredes de dominio magnéticas como una medida de las fluctuaciones en la posición de la pared de dominio. De este análisis se obtienen dos parámetros relevantes: el exponente de rugosidad, que caracteriza el crecimiento de la rugosidad como una ley de potencia con respecto a la longitud de escala, y la amplitud, que es una medida directa de la magnitud de estas fluctuaciones. En esta tesis, utilizando el método desarrollado, presentamos un estudio estadístico del exponente de rugosidad y la amplitud en películas delgadas ferrimagnéticas de GdFeCo. En particular discutimos cómo cambian estos parámetros cuando se aplica un campo magnético en el plano de la muestra. Presentamos también una herramienta computacional diseñada específicamente para este trabajo

Entrelazamiento cuántico en sistemas de electrones altamente correlacionados.

El entrelazamiento es uno de los fenómenos mas intrigantes de la mecánica cuántica y un recurso fundamental para protocolos en información cuántica. Además, es una herramienta poderosa que, mediante el análisis de sistemas de muchos cuerpos interactuantes, nos permite detectar sus transiciones de fases cuánticas, fases topológicas y entender algunas de las muchas propiedades físicas sobresalientes que presentan. Nuestro objeto de estudio en esta tesis es caracterizar el entrelazamiento cuántico debido a las interacciones en sistemas de muchos cuerpos. En particular, nos centramos en el estado fundamental de sistemas que presentan efecto Kondo. El efecto Kondo es un concepto clave en materia condensada, permite entender el comportamiento de sistemas metálicos con fuertes correlaciones. Dicho efecto consiste en el apantallamiento del momento magnético de impurezas magnéticas en un metal, debido a la interacción con el baño de conducción. Utilizamos modelos simples para describir la física de estos sistemas como el SIAM (Modelo de Anderson para una sola impureza) y el de Kondo. Medimos el entrelazamiento cuántico vía la entropía de von Neumann para un sistema bipartito de proyecciones de espín opuestas de los electrones. Primero se determinaron expresiones analíticas aproximadas para la entropía en función de las interacciones para cada modelo. Para SIAM se considero la aproximación a orden cero con simetría electrón-hueco, luego trabajamos con funciones de onda variacionales con una degeneración en el momento angular igual a 2 (Varma-Yafet) y con degeneración N considerando la aproximación perturbativa en la expansión 1=N. Para el modelo de Kondo se aplico la teoría de perturbaciones para J grande. Mediante el método del Grupo de Re normalización de Matriz Densidad (DMRG) se determino la entropía de entrelazamiento en la partición de espín del estado fundamental. Se encontró numéricamente la presencia de asimetría par -impar en el numero de electrones, en el caso par se observa como estado fundamental un singlete fuertemente correlacionado, mientras que en el caso impar no se observa la formación del singlete a menos que L → ∞. Además, se encontró que la entropía de entrelazamiento para cada modelo estudiado supera el máximo valor registrado S↑ = 1 a base de los resultados analíticos aproximados a orden O(1/N) y con una corrección a orden O(1=N) en el SIAM. Por ultimo, usando herramientas tanto numéricas y analíticas, encontramos que el entrelazamiento cuántico entre proyecciones de espín de los electrones es una función universal monótona de la renormalización de la masa de las cuasipartículas Z. Esto podría utilizarse para obtener experimentalmente el entrelazamiento de espín y provee una nueva interpretación para Z

Diseño del soporte de herramientas para las tareas de inspección de los generadores de vapor del reactor CAREM.

El proyecto del reactor nuclear de potencia CAREM es el primero desarrollado íntegramente en Argentina y único en su tipo. Este desarrollo se enmarca en un contexto internacional de fuerte inversión en el desarrollo de nuevas tecnologías para aumentar el rendimiento y la seguridad de este tipo de plantas. Por este motivo, uno de los objetivos del diseño del CAREM es la automatización de ciertas tareas con la finalidad de reducir la exposición del personal de la planta, además de posibles errores humanos. Como en todos los reactores, resulta crítico asegurar la integridad estructural de los tubos de los generadores de vapor, ya que estos actúan de barrera entre los circuitos primario y secundario. En CAREM, los tubos se inspeccionan en cada parada programada de recambio de combustibles, una vez cada 18 meses. En este contexto, el grupo de robótica del CAREM está desarrollando un sistema automatizado de inspección y mantenimiento de los generadores de vapor. Los componentes de este sistema son un brazo robótico industrial de seis grados de libertad, un conjunto de herramientas para el robot especialmente diseñadas y un sistema de rieles para transportar todos los elementos a cada brida ciega del recipiente de presión, dando acceso a cada generador de vapor. En este proyecto integrador se presenta el diseño de un rack para transportar las herramientas del robot. El rack debe llevar la totalidad de las herramientas y accesorios, montarse sobre el sistema de rieles, pasar por la puerta de contención, y además presentar las herramientas al robot de manera que éste puede alcanzarlas en el momento que debe utilizarlas. Estos requerimientos condicionan fuertemente las posibilidades del diseño. Todas las propuestas se basan en la idea de una estructura cúbica reticulada de acero montada sobre un carro acoplado al carro del robot. El primer diseño propone una estructura móvil capaz de girar sobre un eje vertical en su centro y de proveer al robot con la herramienta adecuada en cada etapa de la inspección. El segundo diseño propone el desarrollo de dos racks para evitar el uso de partes móviles que suman una fuente de error y complejidad al sistema de control. La optimización de éste último utilizando herramientas de simulación condujo a la propuesta del tercer diseño: un único rack fijo sin partes móviles. Por su simplicidad respecto a los anteriores, éste fue el diseño elegido para continuar el desarrollo. Para lograrlo se elaboró el sistema de agarres de cada una de las herramientas, la estructura final, y las verificaciones necesarias, tanto las simulaciones con el robot como de la estructura utilizando Abaqus