Física Nuclear Aplicada
Ingeniería de Reactores
Análisis de Seguridad
Inginiería de Factores Humanos
Física de Reactores
Los trabajos de investigación realizados en esta área consisten, esencialmente, en aplicaciones de las diferentes radiaciones a los más variados campos, entre los que resaltamos:
Paralelamente, se desarrollan trabajos de investigación, tales como:
Los trabajos en el área de Física Nuclear Aplicada tienen generalmente vínculos con otras instituciones del área nuclear (ej .: Instituto de Ingeniería Nuclear, Instituto de Radioprotección y Dosimetría, Centro Brasileño de Investigaciones Físicas, Instituto de Física de la UFRJ, Embrapa-CTAA , Laboratorio Nacional de luz Sincrotrón, etc.), aunque las investigaciones se concentran en las instalaciones del Laboratorio de Instrumentación Nuclear (LIN/COPPE).
El área viene desarrollando técnicas de detección y de aplicación de radiaciones nucleares desde hace varios años. Muchos trabajos de investigación resultan en tesis de maestría y doctorado sobre radiografía, reconstrucción de imágenes, detectores especiales, etc., acumulando una tecnología propia. Los recientes avances y las múltiples aplicaciones de la tomografía computarizada, en alianza con varias instituciones e investigadores que han procurado el LIN / COPPE, nos han llevado a lanzar un programa de tomografía computarizada, cuyo objetivo fundamental es desarrollar:
Los grandes frutos del proyecto serán tanto la industrialización, por parte de empresas nacionales, de equipos de alta tecnología, pero con un costo inferior a los importados, como la eliminación del caos (técnico y financiero) resultante de su mantenimiento por parte de empresas multinacionales. Además, los mayores triunfos serán la formación de personal en tecnología de punta y la interacción de grupos de investigación en áreas afines entre sí con la industria nacional, apuntando al objetivo final del proyecto: el prototipo de un sistema tomográfico integral.
El diseño general del sistema tomográfico se desglosa en varios subproyectos, basados en las siguientes líneas de investigación:
Aplicación de la técnica de fluorescencia de rayos X de energía dispersiva en la medición de elementos trazas en muestras ambientales para medidas de polución y contaminación a nivel de ppm y ppb.
En los últimos años, el área de Ingeniería de Reactores ha buscado capacitarse en el desarrollo de códigos computacionales aplicados a problemas de ingeniería. De esta forma, se priorizaron los siguientes tópicos del conocimiento.
Contando hoy con conocimientos profundos de estos tópicos, el área de ingeniería de reactores desarrolló para la COPESP un primer código computacional para la simulación de los circuitos primario y secundario de reactores de agua a presión.
Este código es un simulador termohidráulico en tiempo real de instalaciones industriales, con énfasis en centrales nucleares, poseedor de una estructura de control inteligente intrínseca, que permite simular los diversos transitorios, modificando la configuración de la instalación cuando resulta necesario. La fase primaria fue concluida y ya nos ha permitido apreciar la superioridad del producto desarrollado en el PEN en relación a los similares existentes.
Considerando estos resultados, se encuentra en marcha una segunda versión de este simulador, con el objetivo de su aplicación a otros procesos termohidráulicos de interés. También se espera que esta experiencia dé origen al desarrollo de otros códigos, en el área del análisis estructural.
Se están investigando nuevos métodos matemáticos y numéricos para el desarrollo de algoritmos robustos para la solución de sistemas algebraicos que resultan de la regularización de problemas inversos dentro de la ingeniería nuclear, como los problemas de reconstrucción de fuentes y de identificación de parámetros relacionados con las propiedades de los materiales.
En resumen, se puede decir que las investigaciones en el área de Ingeniería de Reactores han buscado:
El área de Ingeniería de Factores Humanos del Programa de Ingeniería Nuclear (PEN) de la COPPE / UFRJ fue aprobada en la reunión de colegiado realizada el 18/05/95. Esta nueva área complementa las actividades de investigación que se realizan en las otras áreas del Programa.
El área de Ingeniería de Factores Humanos surge como consecuencia de un conjunto de investigaciones desarrolladas en los tres años anteriores, consubstanciadas por el desarrollo y defensa de algunas tesis de Maestría y Doctorado, además de varias publicaciones científicas.
El área cuenta con la participación directa de los profesores Aquilino Senra y Roberto Schirru, y tiene actualmente varias líneas de investigación a nivel de tesis de maestría y doctorado.
La aplicación de técnicas avanzadas de ingeniería de sistemas y computación, tales como sistemas de expertos, redes neuronales, algoritmos fuzzylogic y algoritmos genéticos, a algunos problemas de la operación de centrales nucleares tiene un objetivo potencial de mejorar la seguridad y las condiciones de operación de estas centrales. Las técnicas citadas surgieron como herramientas de desarrollo de sistemas computacionales en las dos últimas décadas, pasando de un período relativo sin aplicaciones significativas para un rápido crecimiento de la tecnología de procesamiento de informaciones.
Una de las principales aplicaciones de las técnicas avanzadas en ingeniería de sistemas y computación radica en el desarrollo de sistemas de conocimiento y, en particular, en la inteligencia artificial. Estos sistemas tienen un carácter complementario a los sistemas de simulación de ingeniería, particularmente en la solución de problemas complejos en los que las simulaciones de ingeniería son prohibitivas, ya sea por el tiempo computacional, o por la dificultad de modelación analítica de las mismas.
Se han realizado varias aplicaciones de la inteligencia artificial en el área de la ingeniería nuclear, como por ejemplo, para el diagnóstico de la desconexión de un reactor nuclear tipo PWR a través de la técnica de redes neuronales. La simulación de ingeniería de tal problema ciertamente requeriría un largo período de tiempo para reconectar el reactor nuclear. La detección de condiciones anormales en la operación de una planta nuclear, la validación de señales, el seguimiento y control de procesos nucleares son otras aplicaciones de la inteligencia artificial en la ingeniería nuclear.
Estas actividades de investigación no se encuadran dentro de las áreas actualmente existentes en el Programa de Ingeniería Nuclear. De hecho, la creación del área de Ingeniería de Factores Humanos refleja una tendencia internacional, particularmente en la mayoría de las universidades estadounidenses, que han creado nuevas áreas para adaptar las nuevas líneas de investigación a la estructura curricular de las carreras.
El objetivo principal del área es la formación de personal capacitado para la formulación y análisis de problemas de seguridad de instalaciones industriales en general y de los reactores tipo PWR en particular.
Las líneas de investigación actualmente en curso en el área son las siguientes:
Debido a la fuerte interacción existente con otros campos de la Física, el área de Física de Reactores existe desde la creación del Programa. En este largo período de existencia, ha generado recursos humanos para las principales instituciones del sector nuclear del país, con la formación de investigadores tanto a nivel de maestría como de doctorado, altamente calificados para el análisis del comportamiento neutrónico de un reactor nuclear.
El área tiene como objetivo brindar soporte teórico y conocimientos físicos fundamentales sobre la interacción neutrón-núcleo para el desarrollo de la Ingeniería Nuclear. En este espíritu, se estudian métodos matemáticos y modelos físicos de las interacciones de los neutrones de baja energía con los núcleos de los isótopos que componen los materiales de un reactor nuclear. Los efectos de estas interacciones se analizan en sus mínimos detalles, con el fin de que los estudiantes puedan desarrollar un trabajo de investigación básica, de acuerdo con los avances más recientes en el campo de actuación elegido.
Por otro lado, el área también tiene como finalidad desarrollar trabajos de investigación aplicada, que se basan fundamentalmente en el desarrollo de métodos matemáticos y numéricos para aplicaciones en códigos de análisis neutrónico de reactores nucleares. En este contexto, el investigador del área debe involucrarse en estudios motivados por las solicitudes oriundas de las empresas e instituciones del sector nuclear.
Las líneas de investigación en desarrollo en estas áreas son las siguientes:
Aplicaciones de métodos de teoría de perturbación (GPT y Pseudo Armónicos) a problemas de física de reactores;
Desarrollo de modelos físicos para el cálculo de parámetros neutrónicos en el rango de energías de las resonancias nucleares;
Desarrollo de métodos para determinar la variación temporal del flujo de neutrones;
Métodos de malla gruesa para calcular el flujo espacial de neutrones en 2 o 3 dimensiones y 2 grupos de energía en reactores PWR;
Métodos de cálculo en espacio-tiempo (transitorio a dos grupos de energía para reactores de tipo PWR);
Gestión de combustible nuclear (optimización de modelos de recarga de reactores PWR).
Desarrollo de modelos para el cálculo de constantes adjuntas de multigrupos.
