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Proyectos Módulo de Instrumentación

Instructores

  • Chistian Sarmiento (UIS, Colombia)
  • Dennis Cazar (USFQ, Ecuador)
  • Deywis Moreno (UAN, Colombia)
  • Manuel Vielma (e-pisteme, España)
  • Oscar Baltuano (UNMSM, Perú)

Responsables del curso:

A continuación se listan los proyectos finales de las filiales: Altas Energías y Sistemas Complejos. En cada uno de ellos se adjuntan recursos bibliográficos del fenómeno físico a estudiar y una breve descripción del proyecto.

Altas Energías

Calculo de la relación entre el flujo de rayos cósmicos y el ángulo cenital

La detección de rayos cósmicos es posible, fundamentalmente, por la interacción de las partículas con la atmósfera. Esta actúa como el calorímetro en el que las partículas depositan su energía y se desarrolla la cascada de partículas secundarias. Sin embargo, si se tiene en cuenta la curvatura de la Tierra, el flujo de rayos cósmicos cambia respecto del ángulo cenital de observación. El objetivo de este proyecto es verificar este fenómeno haciendo uso de los equipos CAEN para la detección de muones.

Recursos:

  • Kit premium CAEN

Entregables del proyecto:

  • Informe técnico y jupyter notebook con el detalle del análisis realizado.

Bibliografía:

  1. Zenith angle dependence of Cosmic muons. https://icd.desy.de/sites/sites_conferences/site_icd/content/e12688/e13082/e80711/Cosmic@Web_engl.pdf

  2. Extensive air showers. P. Grieder. Springer, 2010.

Observaciones:

  • El proyecto se propone para realizarse en el laboratorio de la UIS.
  • Este proyecto es elegible para hacerse de manera remota.

Persona de contacto:

  • Christian Sarmiento (UIS, Colombia)

Estudio de la dependencia de la temperatura de los SiPM

La idea es estudiar la dependencia de los SiPM con respecto a la temperatura para tomar en cuenta este "ruido" a la hora de hacer las mediciones en el sistema centellador-SiPM.

Recursos:

  • Caja oscura
  • Osciloscopios
  • SiPMs

Entregables del proyecto:

  • Manual de uso de la caja oscura y curva de calibración.
  • Informe técnico y jupyter notebook con el detalle del análisis realizado.

Bibliografía:

  • En proceso...

Observaciones:

  • El proyecto se propone para realizarse en el laboratorio de la UIS en persona.

Persona de contacto:

  • Christian Sarmiento (UIS, Colombia)

Caracterización de centelladores para detección de radiación gamma

Realizar un análisis teórico y posterior validación experimental de la respuesta de 3 centelladores sólidos como detectores de radiación gamma en función a la energía usando los equipos CAEN y realización de estudio comparativo con la respuesta de detectores de NaI clásicos.

Recursos:

  • Espectrometro gamma equipado con 3 tipos de centelladores orgánicos (BGO, LYSO, CsI) y fuentes radioactivas de Cs-137, Co-60, Mn-54, Na-22, B-133; Espectrómetro beta y arreglo soporte para muestras en forma de láminas de diversos materiales, fuente radioactiva beta de Sr-90. Detectores GM, detector de NaI de 2x2", detector de NaI de 3x3, módulos de instrumentación nuclear y equipamiento de laboratorio completo.

Entregables del proyecto:

  • Un informe final en formato de artículo científico con la evaluación de los resultados obtenidos y documentación completa en el caso de prototipo a ser armado.

Bibliografía:

  • Comparative Studies of CsI(Tl), LYSO and BGO Scintillators, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.675-676.760
  • https://www.caen.it/wp-content/uploads/2017/10/SG6124.pdf

Observaciones: * Este proyecto es elegible para hacerse de manera remota o en persona (de preferencia).

Persona de contacto:

  • Oscar Baltuano (UNMSM, Perú)

Aplicación de radiación beta para determinación en línea de espesor de láminas.

Determinar en forma experimental el coeficiente de atenuación de diversos materiales para radiación beta y su demostración como técnica de medición en línea del espesor de láminas delgadas mediante el montaje y caracterización de un prototipo a escala armado en laboratorio.

Recursos:

  • Espectrometro gamma equipado con 3 tipos de centelladores orgánicos (BGO, LYSO, CsI) y fuentes radioactivas de Cs-137, Co-60, Mn-54, Na-22, B-133; Espectrómetro beta y arreglo soporte para muestras en forma de láminas de diversos materiales, fuente radioactiva beta de Sr-90. Detectores GM, detector de NaI de 2x2", detector de NaI de 3x3, módulos de instrumentación nuclear y equipamiento de laboratorio completo.

Entregables del proyecto:

  • Un informe final en formato de artículo científico con la evaluación de los resultados obtenidos y documentación completa en el caso de prototipo a ser armado.

Bibliografía:

  • Comparative Studies of CsI(Tl), LYSO and BGO Scintillators, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.675-676.760
  • https://www.caen.it/wp-content/uploads/2017/10/SG6124.pdf

Observaciones: * Este proyecto es elegible para hacerse de manera remota o en persona (de preferencia).

Persona de contacto:

  • Oscar Baltuano (UNMSM, Perú)

Puesta a punto detector (Gas electron multiplier) Laboratorio Detectores UAN

Gas Electron Multipliers (GEMs) son detectores basados en la detección del paso de partículas cargadas a través de una mezcla de gases. Si se agregan capas de materiales conductores con diferencia de potencial crecientes entre ellas, se genera un efecto de avalancha que permite amplificar las señales producidas incrementando la eficiencia de detección. El presente proyecto tiene por objetivo principal probar el estado del los detectores GEM disponibles en el laboratorio de detectores de la UAN y caracterizar su funcionamiento.

Recursos:

  • GEM foils, fuentes de alto voltaje, fuentes radiactivas

Entregables del proyecto:

  • Concepto del estado del detector
  • Informe técnico

Bibliografía:

Persona de contacto:

  • Deywis Moreno (UAN, Colombia)

Configuración del sistema DAQ para un detector WCD de LAGO

El sistema de adquisición de datos DAQ de los detectores WCD de la Colaboración LAGO se basan sobre la tarjeta RedPitaya que se interconecta con una PC o RaspBerry. Esta tarjeta es un System On Chip que contiene una FPGA y un uP que deben ser configurados tanto en HW como en SW y FW. El objetivo de este trabajo es realizar la configuración total del DAQ y probar su funcionamiento en el WCD "Panchito" de la USFQ, este sistema servirá para la implementación de otro WCD de la Colaboración LAGO en Ecuador.

Recursos: - Recursos del Laboratorio Leopard-USFQ

Entregables del proyecto: * Sistema DAQ funcionando * Manual de Configuración * Informe técnico y jupyter notebook con el detalle del análisis realizado.

Bibliografía:

Observaciones:

  • Conocimientos de Linux y programación en Python
  • Proyecto en persona, en la USFQ

Persona de contacto:

  • Dennis Cazar, (USFQ, Ecuador)

Calibración de un detector WCD (Water Cherenkov Detector) de la Colaboración LAGO

El detector WCD "Panchito" de la Colaboración LAGO está instalado en el Campus Hayek de la Universidad San Francisco de Quito, en Quito a altura de 2300 msnm. Este WCD está adquiriendo datos establememnte desde Noviembre 2023. para poder calibrar el detector de modo que los datos que produzca sean de utilidad para estudios de Space Weather el tanque debe ser calibrado mediante un análisis preliminar de los datos y su comparación con simulaciones computacionales sobre la respuesta esperada. El objetivo de este trabajo es el de analizar los datos del WCD usando las herramientas informáticas desarrolladas por LAGO para determinar los parámetros óptimos para el funcionamiento del mismo.

Recursos: - Recursos del Laboratorio Leopard-USFQ - Repositorio de datos y herramientas de SW, PC

Entregables del proyecto: * Informe técnico y jupyter notebook con el detalle del análisis realizado.

Bibliografía:

Observaciones:

  • Conocimientos de programación y análisis de datos
  • Este trabajo puede ser realizado de modo presencial y/o remoto

Persona de contacto:

  • Dennis Cazar, (USFQ, Ecuador)

Sistemas Complejos

Equilibrio caótico: el péndulo invertido

Si el caos es una de las caras de la moneda de los sistemas dinámicos (la más compleja e irregular), en este proyecto exploraremos lo que vendría a ser su reverso: sistemas en los que pequeñas perturbaciones dan lugar a la emergencia de puntos de equilibro estable. En un péndulo simple, por ejemplo, el azimut es un punto de equilibrio inestable. Sin embargo, bajo vibraciones verticales de su eje de oscilación, un péndulo simple puede mantenerse con la masa en el azimut sin que ésta se caiga, pasando así a ser un punto de equilibrio estable. Este fenómeno puede observarse incluso en un péndulo doble, lo que demuestra que bajo ciertas perturbaciones es posible acotar las trayectorias en el espacio de fases de un sistema que de otra manera es netamente caótico (divergente).

Para estudiar el fenómeno se deducirán y analizarán las ecuaciones de movimiento, se analizarán simulaciones del fenómenos, y se construirá una versión simple del mecanismo (usando un motor DC y piezas a fabricar con una impresora 3D).

Recursos:

  • Diseños 3D de mecanismo

Entregables del proyecto:

  • Informe con análisis de ecuaciones de movimiento y descripción del fenómeno. Prototipo funcional de un péndulo invertido.

Bibliografía:

  • David Morin, Introduction to classical mechanics: https://scholar.harvard.edu/files/david-morin/files/cmchap6.pdf Simulaciones
  • https://www.myphysicslab.com/pendulum/inverted-pendulum-en.html
  • https://www.myphysicslab.com/pendulum/inverted-double-pendulum-en.html

Observaciones:

  • Los diseños 3D serán puestos a disposición de los estudiantes para que fabriquen los mecanismos mediante el uso de una impresora 3D. Idealmente, el estudiante ha de tener acceso a una impresora 3D en su centro o en algún Fablab o espacio Maker local.

Personas de contacto:

  • Mario Cosenza, (Yachay, Ecuador)
  • Manuel Vielma (e-pisteme, España)
  • Y contacto local, a definir dependiendo de la universidad donde se encuentre el grupo trabajando

Mapas fractales: el péndulo magnético

Asociado a las propiedades caóticas de los sistemas dinámicos hay un comportamiento altamente no trivial de sus trayectorias en el espacio de fases. Incluso ante la presencia de atractores, tales trayectorias dan lugar a "patrones" muy complejos.

En un péndulo simple que responde al campo magnético de imanes equidistantes ubicados en la base (el así llamado "péndulo magnético"), el comportamiento deja de ser simple para convertirse en un sistema caótico. Tras oscilar, el péndulo se estabiliza sobre uno de los imanes, pero pequeñas variaciones de las condiciones iniciales harán que se estabilice sobre otro cualquiera de los imanes, de manera aleatoria.

Un mapa de a cuál imán (esto es, a cuál atractor) lleva una condición inicial en particular da lugar a una estructura fractal. En este proyecto se estudiará este sistema y se construirá una versión simple de un péndulo magnético que permita visualizar el fenómeno.

Recursos:

  • En caso de tener acceso a una cortadora láser, el/la estudiante puede disponer del diseño del prototipo para su posterior ensamble.

Entregables del proyecto:

  • Reporte explicando las bases teóricas del fenómeno, prototipo de péndulo magnético

Bibliografía:

  • Institute of Mathematics and its applications:Chaos in the magnetic pendulum https://ima.org.uk/13908/chaos-in-the-magnetic-pendulum/

  • Simulaciones: https://beltoforion.de/en/magnetic_pendulum/

Personas de contacto:

  • Mario Cosenza, (Yachay, Ecuador)
  • Manuel Vielma (e-pisteme, España)
  • Y contacto local, a definir dependiendo de la universidad donde se encuentre el grupo trabajando

Fenómenos colectivos: sincronización caótica

La sincronización del caos se refiere al fenómeno en el que dos o más sistemas caóticos ajustan alguna propiedad de su movimiento a un comportamiento común debido a un acoplamiento a forzamiento. Que sistemas dinámicos en general puedan comportarse al unísono no es ninguna sorpresa (piénsese en la resonancia), pero que esto suceda también en sistemas caóticos es particularmente interesante.

Este proyecto consiste en explorar los aspectos generales de la sincronización de sistemas dinámicos (caóticos y no caóticos), incluyendo su relevancia en fisiología, óptica no lineal y dinámica de fluidos. Se propone la construcción de un prototipo de sincronización de sistemas dinámicos con dos péndulos simples acoplados.

Recursos:

  • Diseño electrónico y circuitería.

Entregables del proyecto:

  • Este es un proyecto de corte más conceptual. El/la estudiantes deberá escribir un breve reporte descriptivo, resumiendo los principales aspectos del fenómeno. Se propone (de manera opcional) la construcción de un prototipo simple en que el que se visualice el fenómeno de sincronización.

Bibliografía:

  • Boccaletti et al (2002), The synchronization of chaotic systems: https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.385.2030&rep=rep1&type=pdf Ejemplo de prototipo simple: https://www.youtube.com/watch?v=TxTl00WkmAE​​​​​​​

Personas de contacto:

Opción libre

  • ¿Tienes algún experimento en mente bien sea en el área de FAE o SC? Lo podemos discutir!

Dinámica de trabajo

  • En grupos de 2-3 estudiantes
  • Una vez que hayas decidido que proyecto quieres comunicanos el nombre de los integrantes de tu equipo y el proyecto escogido en el mattermost. Mattermost será nuestro canal de comunicación preferido.
  • Contacta a la persona de contacto de tu proyecto para empezar (mantén en el loop siempre a los responsables del curso: Reina Camacho Toro, (CNRS, Francia) y Carlos Sandoval, (UNAL, Colombia))

Calendario 2023

  • Semana 0: (Marzo 27): Presentación de los proyectos existentes y elección de proyectos
  • Semana 1 y 2 (Abril 3-16): Revisión bibliográfica
  • Semanas 3-5 (Abril 17 a Mayo 7): Diseño del experimento + toma y análisis de datos
  • Miércoles 3 de mayo: presentación corta e informal sobre status del proyecto (mid-term)
  • Semanas 6-7 (Mayo 8 a Mayo 21): Finalización del análisis/proyecto + preparacion de la presentación y del reporte
  • Semana 8 (Mayo 24 y Mayo 26): Presentación final + entrega del reporte