Towards more accurate and reliable predictions for nuclear applications

The need for nuclear data far from the valley of stability, for applications such as nuclear as- trophysics or future nuclear facilities, challenges the robustness as well as the predictive power of present nuclear models. Most of the nuclear data evaluation and prediction are still performed on the basis of phenomenological nuclear models. For the last decades, important progress has been achieved in funda- mental nuclear physics, making it now feasible to use more reliable, but also more complex microscopic or semi-microscopic models in the evaluation and prediction of nuclear data for practical applications. In the present contribution, the reliability and accuracy of recent nuclear theories are discussed for most of the relevant quantities needed to estimate reaction cross sections and beta-decay rates, namely nuclear masses, nuclear level densities, gamma-ray strength, fission properties and beta-strength functions. It is shown that nowadays, mean-field models can be tuned at the same level of accuracy as the phenomenological mod- els, renormalized on experimental data if needed, and therefore can replace the phenomenogical inputs in the prediction of nuclear data. While fundamental nuclear physicists keep on improving state-of-the-art models, e.g. within the shell model or ab initio models, nuclear applications could make use of their most recent results as quantitative constraints or guides to improve the predictions in energy or mass domain that will remain inaccessible experimentally.

Contenidos de materia orgánica y condición física de un Kandiudult de Misiones bajo diferentes sistemas de preparación del terreno forestal y bosque nativo

Las propiedades físicas de los suelos de ambientes subtropicales húmedos fueron tradicionalmente menos estudiadas que los de zonas templadas. Una característica de los primeros es su menor resiliencia frente a un disturbio. Un aspecto poco explorado es qué sucede con los suelos cuando la selva nativa es reemplazada por una plantación forestal o un ciclo forestal por otro. La forestación es una de las principales actividades económicas de la provincia de Misiones, y la preparación de terreno uno de los momentos de mayor impacto al suelo. En esta tesis se evaluaron sobre un suelo Kandiudult tratamientos que incluyeron: a) conservación de residuos (CRes), b) subsolado (Sub), c) con quema de residuos en escollera (Qsub), d) uso de rastra (Rast), e) con quema de residuos en escollera (Qrast), y f) conservación de residuos sin plantación (Reg Nat). Todos estos contrastados con el bosque nativo (NcP). Se halló que al cuarto año de la plantación, el contenido de materia orgánica (MO) fue significativamente mayor donde se conservaron los residuos, con mayor stock de C (55 Mg.ha-1). Sin embargo este aumento de MO no logró equiparar al suelo bajo BNcP. El contenido hídrico retenido en capacidad de campo varió en similar dirección que la MO. La densidad aparente fue una las propiedades físicas más sensibles a los tratamientos, con valores significativamente más bajos hasta 30 cm de profundidad en suelo bajo Sub (1,36 Mg.m-3). El tratamiento bajo Rast presentó los mayores valores de densidad aparente (1,50 Mg.m-3). Los tratamientos afectados por quema tuvieron valores de densidad aparente más bajos que otros tratamientos (1,42 Mg.m-3). De cualquier manera, puede afirmarse que el manejo forestal causó la densificación de la superficie del suelo, comparando con los menores valores de densidad del suelo bajo BNcP (1,17 Mg.m-3). Los valores de compactación relativa calculados en base a la densidad máxima en ensayos Proctor fueron cercanos al 90 por ciento, lo cual indica la alta compactación de los suelos. La inestabilidad estructural del suelo, medida por el cambio de diámetro medio ponderado de agregados (CDMP), no se vio afectada por el reemplazo de la selva por la plantación forestal, ni por el método de preparación del terreno. La tasa de infiltración no mostró diferencias entre tratamientos, pero si reducciones importantes respecto del bosque nativo (1638 cm.h-1). Como conclusión, y dada la falta de impactos físicos severos sobre los suelos bajo plantación forestal, puede recomendarse la conservación de los residuos sobre la superficie como método de preparación, pues es el único que permite realizar secuestro efectivo de CO en los suelos.

Diagnóstico de la condición física en diferentes momentos de una rotación agrícola - ganadera bajo siembra directa

La integración de la producción de cultivos anuales con la producción animal puede ser una alternativa interesante para aumentar la capacidad reguladora del sistema de producción tanto en lo que se refiere a la variabilidad climática como económica. El objetivo del presente trabajo fue evaluar la condición física de un suelo en diferentes momentos de la rotación agrícola-ganadera. Se muestreó una consociación de suelos (Hapludol Éntico y Thaptho-árgico) en la localidad de Pehuajó, provincia de Bs. As. Los tratamientos se basan en diferentes momentos de la rotación agrícola-ganadera: 1- `AG`: segundo año agrícola desde última pastura; 2- `FA`: final de la fase agrícola; 3- `PA`: segundo año de pastura, con 3 repeticiones para cada uno. Para caracterizar los suelos se determinó: textura, densidad de partícula y carbono orgánico total (COT) y sus fracciones. Se midió la densidad aparente (DA), la resistencia a la penetración (RP), y se calculó la porosidad total (PT) hasta la profundidad de 30 o 40 cm. Se determinó la estabilidad estructural del suelo (EE) y el índice visual a campo de la estructura (IVC) a partir de la recolección de monolitos no disturbados (20x20 cm). Los resultados arrojaron que los suelos bajo análisis tuvieron un alto contenido de COT, carbono orgánico resistente (COR) y carbono orgánico particulado (COP) para el tipo de suelo, observándose una gran variabilidad dentro de cada tratamiento. A partir de los datos de DA (1,13 Mg m-3 a 1,50 Mg m-3 para el estrato analizado) y de RP (673 kPa a 3104 kPa para el estrato analizado, 2 años de pastura no habrían sido suficientes para mejorar el efecto de la fase agrícola. Se observaron efectos incipientes del pisoteo animal en pasturas y pastoreo de residuos registrado a través de la DA y RP, probablemente relacionado a alto contenido de CO. Se hallaron agregados con estructuras subangulares desde débiles a moderadas con raíces inter e intra-agregados en el tratamiento FA, mientras que el tratamiento AG se observaron estructuras masivas intercaladas con estructuras laminares apoyado en una estructura masiva, atribuible al efecto de SD en acción concomitante con el pisoteo animal. La EE medida en laboratorio reflejó lo hallado visualmente, presentando el siguiente orden decreciente: PA>FA>AG, correlacionándose significativamente con los IVC asignados a campo.

Condición física de los suelos limosos bajo siembre directa : caracterización, génesis y manejo

En el norte de la región pampeana durante los últimos 20 años se produjo un importante reemplazo de los sistemas de labranza convencional (LC) por los de siembra directa (SD). Los impactos sobre el suelo de dicho reemplazo no han sido aún bien identificados, dificultando la adopción de estrategias de manejo adecuadas. El primer objetivo de esta Tesis fue la identificación de indicadores edáficos para monitorear la calidad de los suelos. Los suelos agrícolas (LC y SD) presentaron 23 por ciento menos de contenido de carbono orgánico y mayor densidad aparente y compactación relativa que los cuasi-prístinos. En relación a LC, la SD disminuyó la inestabilidad estructural pero aumentó en 0,77 MPa la resistencia a la penetración en los primeros centímetros. La tasa de infiltración (TI) fue similar en SD que en LC en suelos francos, pero en los suelos franco limosos y franco arcillo limosos SD presentó menores valores, estando asociados a la presencia de estructuras laminares. El segundo objetivo fue identificar los factores que se relacionan con la presencia de estas estructuras. Su frecuencia fue mayor en zonas de mayor tránsito (cabeceras de lote) y fue menor luego del doble cultivo trigo/soja de segunda. En 12 ensayos de campo y tres campañas agrícolas, se halló que la descompactación mecánica mejoró la calidad física de los suelos manejados con SD e incrementó en promedio 6,2 por ciento los rendimientos de maíz. La perdurabilidad de la descompactación no llegó al año, debido a la recompactación del suelo durante la cosecha del maíz. A partir de variables de fácil determinación (carbono orgánico, contenido de arena y sistema de manejo), se ajustaron ecuaciones de edafotransferencia para estimar la densidad máxima de los suelos y el contenido hídrico crítico. Argentina es el segundo país del mundo con mayor superficie en SD. Ello genera un escenario estratégico para el estudio y evaluación del efecto de este sistema de manejo sobre la evolución de la calidad de los suelos, detectando potenciales problemáticas. La presente tesis aporta información novedosa sobre el impacto de la SD en la calidad física de los suelos y, en especial, demuestra la interacción entre la textura de los suelos y el comportamiento de la infiltración en SD. Este comportamiento se asocia a la conformación de una estructura laminar desfavorable. Su conformación estaría relacionada tanto con factores naturales como antrópicos (tránsito de maquinaria). A partir de los resultados de esta Tesis, se recomienda monitorear la calidad física de los suelos controlando periódicamente su tasa de infiltración y su resistencia a la penetración evitando las generalizaciones acerca de una evolución favorable de la calidad del suelo tan solo por presentar una alta estratificación del componente orgánico. La calidad física mejora cuando el manejo con SD se combina con presencia de raíces vivas y tránsito agrícola controlado.

Contenidos de materia orgánica y condición física de un Kandiudult de Misiones bajo diferentes sistemas de preparación del terreno forestal y bosque nativo

Las propiedades físicas de los suelos de ambientes subtropicales húmedos fueron tradicionalmente menos estudiadas que los de zonas templadas. Una característica de los primeros es su menor resiliencia frente a un disturbio. Un aspecto poco explorado es qué sucede con los suelos cuando la selva nativa es reemplazada por una plantación forestal o un ciclo forestal por otro. La forestación es una de las principales actividades económicas de la provincia de Misiones, y la preparación de terreno uno de los momentos de mayor impacto al suelo. En esta tesis se evaluaron sobre un suelo Kandiudult tratamientos que incluyeron a)conservación de residuos (CRes), b)subsolado (Sub)c)con quema de residuos en escollera (Qsub), d)uso de rastra (Rast)e)con quema de residuos en escollera (Qrast), y f)conservación de residuos sin plantación (Reg Nat). Todos estos contrastados con el bosque nativo (NcP). Se halló que al cuarto año de la plantación, el contenido de materia orgánica (MO)fue significativamente mayor donde se conservaron los residuos, con mayor stock de C (55 Mg.ha-1). Sin embargo este aumento de MO no logró equiparar al suelo bajo BNcP. El contenido hídrico retenido en capacidad de campo varió en similar dirección que la MO. La densidad aparente fue una las propiedades físicas más sensibles a los tratamientos, con valores significativamente más bajos hasta 30 cm de profundidad en suelo bajo Sub (1,36 Mg.m-3). El tratamiento bajo Rast presentó los mayores valores de densidad aparente (1,50 Mg.m-3). Los tratamientos afectados por quema tuvieron valores de densidad aparente más bajos que otros tratamientos (1,42 Mg.m-3). De cualquier manera, puede afirmarse que el manejo forestal causó la densificación de la superficie del suelo, comparando con los menores valores de densidad del suelo bajo BNcP (1,17 Mg.m-3). Los valores de compactación relativa calculados en base a la densidad máxima en ensayos Proctor fueron cercanos al 90 por ciento, lo cual indica la alta compactación de los suelos. La inestabilidad estructural del suelo, medida por el cambio de diámetro medio ponderado de agregados (CDMP), no se vio afectada por el reemplazo de la selva por la plantación forestal, ni por el método de preparación del terreno. La tasa de infiltración no mostró diferencias entre tratamientos, pero si reducciones importantes respecto del bosque nativo (1638 cm.h-1). Como conclusión, y dada la falta de impactos físicos severos sobre los suelos bajo plantación forestal, puede recomendarse la conservación de los residuos sobre la superficie como método de preparación, pues es el único que permite realizar secuestro efectivo de CO en los suelos.

Condición física de los suelos limosos bajo siembre directa : caracterización, génesis y manejo

En el norte de la región pampeana durante los últimos 20 años se produjo un importante reemplazo de los sistemas de labranza convencional (LC)por los de siembra directa (SD). Los impactos sobre el suelo de dicho reemplazo no han sido aún bien identificados, dificultando la adopción de estrategias de manejo adecuadas. El primer objetivo de esta Tesis fue la identificación de indicadores edáficos para monitorear la calidad de los suelos. Los suelos agrícolas (LC y SD)presentaron 23 por ciento menos de contenido de carbono orgánico y mayor densidad aparente y compactación relativa que los cuasi-prístinos. En relación a LC, la SD disminuyó la inestabilidad estructural pero aumentó en 0,77 MPa la resistencia a la penetración en los primeros centímetros. La tasa de infiltración (TI)fue similar en SD que en LC en suelos francos, pero en los suelos franco limosos y franco arcillo limosos SD presentó menores valores, estando asociados a la presencia de estructuras laminares. El segundo objetivo fue identificar los factores que se relacionan con la presencia de estas estructuras. Su frecuencia fue mayor en zonas de mayor tránsito (cabeceras de lote)y fue menor luego del doble cultivo trigo/soja de segunda. En 12 ensayos de campo y tres campañas agrícolas, se halló que la descompactación mecánica mejoró la calidad física de los suelos manejados con SD e incrementó en promedio 6,2 por ciento los rendimientos de maíz. La perdurabilidad de la descompactación no llegó al año, debido a la recompactación del suelo durante la cosecha del maíz. A partir de variables de fácil determinación (carbono orgánico, contenido de arena y sistema de manejo), se ajustaron ecuaciones de edafotransferencia para estimar la densidad máxima de los suelos y el contenido hídrico crítico. Argentina es el segundo país del mundo con mayor superficie en SD. Ello genera un escenario estratégico para el estudio y evaluación del efecto de este sistema de manejo sobre la evolución de la calidad de los suelos, detectando potenciales problemáticas. La presente tesis aporta información novedosa sobre el impacto de la SD en la calidad física de los suelos y, en especial, demuestra la interacción entre la textura de los suelos y el comportamiento de la infiltración en SD. Este comportamiento se asocia a la conformación de una estructura laminar desfavorable. Su conformación estaría relacionada tanto con factores naturales como antrópicos (tránsito de maquinaria). A partir de los resultados de esta Tesis, se recomienda monitorear la calidad física de los suelos controlando periódicamente su tasa de infiltración y su resistencia a la penetración evitando las generalizaciones acerca de una evolución favorable de la calidad del suelo tan solo por presentar una alta estratificación del componente orgánico. La calidad física mejora cuando el manejo con SD se combina con presencia de raíces vivas y tránsito agrícola controlado.

El diseño del laboratorio de física como herramienta para la resignificación de conceptos matemáticos

La presente ponencia resume el inicio de la construcción de un laboratorio de física y matemáticas en el programa de la Licenciatura en Matemáticas y Tecnologías de la Información, de la Universidad La Gran Colombia. Se presenta la experiencia en el diseño de la primera actividad y de los constructos teóricos y prácticos que se tuvieron en cuenta. Esta experiencia de aula está avalada dentro de la conformación de un semillero de investigación de la facultad, y muestra cómo a partir de un sistema masaresorte se pueden construir algunos conceptos fundamentales como el período de funciones, el comportamiento de las mismas y destacar la importancia del modelado de datos para su respectivo análisis y obtener así una aproximación por medio de la matemática.

Ecuaciones diferenciales como modelos en clase de física y de matemáticas

Este artículo trata de la enseñanza y el aprendizaje de la modelación matemática en los cursos de física y de matemáticas. En el 2002, un nuevo currículo para el bachillerato en Francia acentuó el papel de las matemáticas como una herramienta para modelar en otras ciencias. Una descripción del proceso de modelación es presentada, así como el análisis de los manuales comúnmente usados en estos cursos. Este análisis revela el proceso de transposición del "proceso de modelación" practicado por los expertos y el proceso que es adaptado finalmente a la escuela. La implementación de una situación experimental con tareas no habituales permite la identificación de la influencia de las praxeologías en los procesos de los estudiantes. La vinculación de algunas dificultades presentes al abordar la situación con la transposición del proceso de modelación también es discutida en este artículo.

La enseñanza de la modelación en clase de física y de matemáticas

La introducción de nuevos planes de estudio en Francia (2002), muestra la importancia que tiene actualmente la enseñanza y aprendizaje de la modelación, principalmente en disciplinas científicas como Matemáticas y Física. En los programas oficiales y libros del último año de preparatoria se observa la introducción de la noción de ecuación diferencial como objeto de estudio pero también como herramienta para modelar diversas situaciones físicas. En esta investigación, estableceremos un modelo del proceso de modelación que constituya una referencia para posteriormente caracterizarlo, desde un punto de vista antropológico, en dos instituciones diferentes: la clase de matemáticas y la clase de física.

La significación física de la integral a partir de la modelación de fenómenos

Una pregunta que me plantean con mucha frecuencia los estudiantes es ¿qué significado tiene la integral?; con este trabajo pretendemos incursionar en la problemática referida a la formación de la significación física de la integral, para lograrlo partimos de la idea de que esa significación tiene que ver por un lado con las concepciones matemáticas “heredadas” por los profesores a sus alumnos y por otro con los procesos de matematización de fenómenos en diversos contextos. Hemos realizado un primer acercamiento exploratorio para recoger evidencias, que nos permita elaborar una secuencia basada en prácticas de modelación de fenómenos. Reportamos como es construida la significación física de la integral en el discurso. Un resultado consecuente, es una aproximación a la concepción de práctica social.

Logaritmos, física y algo más

Con la popularización de las calculadoras electrónicas el cálculo logarítmico en sí mismo fue perdiendo espacio y en forma gradual se fue abandonando su enseñanza. Pero el tema “logaritmos” sigue presente en los “programas”. Es muy difícil lograr un aprendizaje sustancial y por lo tanto duradero si en el momento de abordar el tema nuestros alumnos no le encuentran significado. Así que procuramos dárselo. Para ello, aspiramos a un desarrollo conceptual muy distante del puro entrenamiento algebraico al que se fue limitando la práctica de la enseñanza de este tema.

Upgrading automation for nuclear fuel in-core management: from the symbolic generation of configurations to the neural adaptation of heuristics

FUELCON is an expert system in nuclear engineering. Its task is optimized refueling-design, which is crucial to keep down operation costs at a plant. FUELCON proposes sets of alternative configurations of fuel-allocation; the fuel is positioned in a grid representing the core of a reactor. The practitioner of in-core fuel management uses FUELCON to generate a reasonably good configuration for the situation at hand. The domain expert, on the other hand, resorts to the system to test heuristics and discover new ones, for the task described above. Expert use involves a manual phase of revising the ruleset, based on performance during previous iterations in the same session. This paper is concerned with a new phase: the design of a neural component to carry out the revision automatically. Such an automated revision considers previous performance of the system and uses it for adaptation and learning better rules. The neural component is based on a particular schema for a symbolic to recurrent-analogue bridge, called NIPPL, and on the reinforcement learning of neural networks for the adaptation.

A novel neural/symbolic hybrid approach to heuristically optimized fuel allocation and automated revision of heuristics in nuclear engineering

FUELCON is an expert system for optimized refueling design in nuclear engineering. This task is crucial for keeping down operating costs at a plant without compromising safety. FUELCON proposes sets of alternative configurations of allocation of fuel assemblies that are each positioned in the planar grid of a horizontal section of a reactor core. Results are simulated, and an expert user can also use FUELCON to revise rulesets and improve on his or her heuristics. The successful completion of FUELCON led this research team into undertaking a panoply of sequel projects, of which we provide a meta-architectural comparative formal discussion. In this paper, we demonstrate a novel adaptive technique that learns the optimal allocation heuristic for the various cores. The algorithm is a hybrid of a fine-grained neural network and symbolic computation components. This hybrid architecture is sensitive enough to learn the particular characteristics of the ‘in-core fuel management problem’ at hand, and is powerful enough to use this information fully to automatically revise heuristics, thus improving upon those provided by a human expert.

Intelligent technologies for nuclear power systems: heuristic and neural tools

The consecutive, partly overlapping emergence of expert systems and then neural computation methods among intelligent technologies, is reflected in the evolving scene of their application to nuclear engineering. This paper provides a bird's eye view of the state of the application in the domain, along with a review of a particular task, the one perhaps economically more important: refueling design in nuclear power reactors.