{"id":12090,"date":"2024-04-30T18:00:43","date_gmt":"2024-04-30T18:00:43","guid":{"rendered":"https:\/\/revistanyt.com.ar\/online\/?p=12090"},"modified":"2024-05-05T01:23:51","modified_gmt":"2024-05-05T01:23:51","slug":"un-equipo-de-la-cnea-construye-la-ciencia-del-futuro-con-una-supercomputadora","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistanyt.com.ar\/online\/un-equipo-de-la-cnea-construye-la-ciencia-del-futuro-con-una-supercomputadora\/","title":{"rendered":"Un equipo de la CNEA construye la ciencia del futuro con una supercomputadora"},"content":{"rendered":"

La Divisi\u00f3n Teor\u00eda del Departamento de F\u00edsica de la Materia Condensada est\u00e1 abocada principalmente a la ciencia b\u00e1sica. Su principal herramienta es una supercomputadora de 50 nodos y 1.000 n\u00facleos que puede realizar 10.000 millones de operaciones por segundo. La utilizan para realizar simulaciones.<\/strong><\/span><\/p>\n

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\u00bfC\u00f3mo fluir\u00eda un l\u00edquido a trav\u00e9s de canales de escala nano revestidos por pol\u00edmeros? \u00bfC\u00f3mo se podr\u00eda mejorar la extracci\u00f3n del calor que generan los dispositivos electr\u00f3nicos? \u00bfSe pueden usar m\u00e9todos electroqu\u00edmicos para separar los is\u00f3topos del litio para aplicaciones en tecnolog\u00eda nuclear? \u00bfEs posible convertir el di\u00f3xido de carbono de la atm\u00f3sfera en combustible? Estos son algunos de los interrogantes para los que busca respuestas la Divisi\u00f3n Teor\u00eda del Departamento de F\u00edsica de la Materia Condensada<\/strong>, que depende de la Gerencia de Investigaci\u00f3n y Aplicaciones de la Comisi\u00f3n Nacional de Energ\u00eda At\u00f3mica (CNEA). Para resolverlos cuenta con una poderosa aliada: una supercomputadora<\/strong> con la capacidad de hacer 10.000 millones de operaciones por segundo.<\/p>\n

La Divisi\u00f3n Teor\u00eda est\u00e1 abocada principalmente a la ciencia b\u00e1sica<\/strong>: genera conocimientos que la ciencia aplicada usa como sustento para elaborar soluciones pr\u00e1cticas para diferentes problemas cient\u00edficos en general y necesidades del \u00e1rea nuclear en particular. La jefa de este equipo, la doctora en F\u00edsica Ver\u00f3nica Vildosola, explica: \u201cNuestro objetivo es estudiar las propiedades f\u00edsicas y f\u00edsicoqu\u00edmicas de distintos tipos de materiales y sistemas de inter\u00e9s para la CNEA y tambi\u00e9n responder problemas fundamentales de las ciencias b\u00e1sicas. Para esto nos valemos de diversas t\u00e9cnicas que utilizan tanto herramientas de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica como de la mec\u00e1nica estad\u00edstica\u201d.<\/p>\n

La mec\u00e1nica estad\u00edstica<\/strong> es la rama de la F\u00edsica que se vale de la teor\u00eda de la probabilidad para deducir el comportamiento de sistemas macrosc\u00f3picos, que son los que est\u00e1n formados por miles de millones de part\u00edculas, como los s\u00f3lidos, los l\u00edquidos o los gases. Mientras tanto, la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica<\/strong> estudia los cuerpos a escala muy peque\u00f1a, los sistemas at\u00f3micos y subat\u00f3micos, as\u00ed como sus interacciones con la radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica y otras fuerzas.<\/p>\n

La supercomputadora es utilizada para hacer simulaciones<\/strong> y estudiar c\u00f3mo se comportar\u00eda un sistema. Se utilizan c\u00f3digos de primeros principios basados en la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica; de din\u00e1mica molecular, que analiza el comportamiento de un sistema f\u00edsico, qu\u00edmico o biol\u00f3gico a trav\u00e9s del tiempo calculando las fuerzas entre sus \u00e1tomos mediante las ecuaciones del movimiento de Newton, y Montecarlo. Este \u00faltimo m\u00e9todo es una t\u00e9cnica matem\u00e1tica que, con la ayuda de la estad\u00edstica, predice los posibles resultados de un evento incierto.<\/p>\n

Hacer pruebas mediante simulaciones ofrece la posibilidad de controlar en detalle el sistema, as\u00ed como de observar cada uno de sus elementos en particular. \u201cEs como utilizar un microscopio superpoderoso<\/strong>, pero virtual, que permite ver cosas que en un microscopio normal no se podr\u00edan observar\u201d, compara el doctor en F\u00edsica Claudio Pastorino, que utiliza esta herramienta para estudiar la f\u00edsica de los pol\u00edmeros, que es la de las grandes mol\u00e9culas compuestas por la uni\u00f3n de mol\u00e9culas m\u00e1s peque\u00f1as.<\/p>\n

La supercomputadora fue bautizada como Sol 67 y convive con otras m\u00e1s peque\u00f1as en el Laboratorio de Simulaci\u00f3n, Dise\u00f1o y Modelado Computacional (LABSIM)<\/strong>. La utilizan a tiempo completo 14 investigadores y 12 estudiantes no solo para sus trabajos, sino para la formaci\u00f3n de recursos humanos tanto de distintas dependencias de la CNEA como de diversas instituciones de ciencia y t\u00e9cnica.<\/p>\n

Ubicado en una sala con una refrigeraci\u00f3n especial, el LABSIM cuenta con 50 nodos que re\u00fanen 1.000 n\u00facleos de procesamiento<\/strong> que trabajan en paralelo y sin detenerse nunca. De esta manera pueden resolver mucho m\u00e1s r\u00e1pido los problemas planteados. Lo que en una computadora com\u00fan requerir\u00eda un mes, aqu\u00ed se resuelve en un d\u00eda. La memoria RAM de esta supercomputadora es de 3 Terabytes y tiene capacidad para almacenar 54TB. Sus nodos se comunican a trav\u00e9s de una red mucho m\u00e1s veloz que Internet, llamada InfiniBand.<\/p>\n

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Algunas l\u00edneas de investigaci\u00f3n<\/h4>\n

Entre otras investigaciones, actualmente el LABSIM se utiliza en los siguientes proyectos:<\/p>\n

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  • Flujo de l\u00edquidos y gotas en la nano-escala con aplicaciones en microflu\u00eddica.<\/strong> La microflu\u00eddica busca generar procesos bioqu\u00edmicos o f\u00edsico-qu\u00edmicos complejos dentro de un chip por el que fluyen l\u00edquidos en lugar de corriente el\u00e9ctrica. Un ejemplo de su uso es el \u201clab-on-chip\u201d, un min\u00fasculo laboratorio para diagnosticar enfermedades. Para aplicaciones como esta, es fundamental poder controlar c\u00f3mo circula el l\u00edquido por el chip.<\/li>\n<\/ul>\n

    \u201cUtilizamos la supercomputadora para hacer simulaciones de din\u00e1mica molecular fuera de equilibrio, con el fin de estudiar el flujo de l\u00edquidos simples y complejos confinados en nano-canales. Las paredes de esos nano-canales est\u00e1n revestidas con pol\u00edmeros que modifican la forma en que fluye el l\u00edquido o lo convierten en gotas que, a su vez, despu\u00e9s pueden transformarse en carriers para, por ejemplo, llevar una medicaci\u00f3n\u201d, detalla Pastorino.<\/p>\n

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    • Separaci\u00f3n isot\u00f3pica de litio por m\u00e9todos electroqu\u00edmicos para aplicaciones en tecnolog\u00eda nuclear.<\/strong> Los is\u00f3topos son \u00e1tomos de un mismo elemento qu\u00edmico con la misma cantidad de protones, pero distinto n\u00famero de neutrones. En el caso del litio, tiene un is\u00f3topo pesado (7Li) con 3 protones, 4 neutrones y 3 electrones, y uno liviano (6Li) que tiene un neutr\u00f3n menos. Cada uno de ellos sirve para diferentes aplicaciones. Por ejemplo, el litio pesado se usa para proteger de la corrosi\u00f3n al circuito primario de los reactores nucleares de agua pesada. El litio liviano se utiliza en centelladores, como los que se emplean para hacer diagn\u00f3sticos m\u00e9dicos por im\u00e1genes. Tambi\u00e9n es el futuro combustible de los reactores de fusi\u00f3n o soles artificiales.<\/li>\n<\/ul>\n

      \u201cNosotros estudiamos el desarrollo de un m\u00e9todo para separar los is\u00f3topos del litio -cuenta Vildosola-. El m\u00e9todo actual para hacerlo utiliza mercurio y es muy contaminante. En la CNEA investigamos alternativas sustentables, en particular, en el Centro At\u00f3mico Constituyentes trabajamos con m\u00e9todos electroqu\u00edmicos. En una celda similar a la de las bater\u00edas de ion litio, si se eligen bien los materiales, el litio se deposita en diferente proporci\u00f3n a la natural y se pueden separar sus is\u00f3topos. Las simulaciones nos permiten entender los mecanismos que dan lugar al fraccionamiento isot\u00f3pico y analizar el comportamiento de distintos materiales\u201d.
      \nPor otro lado, hay un grupo que investiga nuevos materiales y aplicaciones de bater\u00edas de litio.<\/p>\n

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      • Transferencia de calor a escala nanosc\u00f3pica en interfaces l\u00edquido-vapor.<\/strong> Este proyecto investiga el flujo de calor desde una pared caliente hacia otra m\u00e1s fr\u00eda atravesando una fase gaseosa y otra l\u00edquida, como ocurre en intercambiadores de calor que se utilizan para generaci\u00f3n el\u00e9ctrica. El objetivo es entender el efecto de los pol\u00edmeros fijados en la pared en la transferencia de calor, es decir si contribuyen a remover o absorber el calor m\u00e1s eficientemente.
        \nLos fen\u00f3menos de transferencia de calor tienen una gran importancia en un ampl\u00edsimo rango de aplicaciones que van desde los procesos de generaci\u00f3n y conversi\u00f3n de energ\u00eda, el enfriamiento de motores o la criogenia hasta los dispositivos electr\u00f3nicos. En el futuro, estas aplicaciones requerir\u00e1n un funcionamiento a mayor densidad de energ\u00eda, lo que implicar\u00e1 una mayor generaci\u00f3n de calor, que deber\u00e1 ser removido de manera m\u00e1s eficiente.<\/li>\n<\/ul>\n

        A su vez, el flujo de calor puede dar lugar a cambios de fase, como en procesos de condensaci\u00f3n o ebullici\u00f3n. Estos fen\u00f3menos se utilizan en plantas de potencia el\u00e9ctrica, desalinizaci\u00f3n t\u00e9rmica, calefacci\u00f3n y refrigeraci\u00f3n dom\u00e9stica, enfriamiento de dispositivos electr\u00f3nicos y recuperaci\u00f3n de calor desechado. Una mejora en la eficiencia de los procesos de transferencia de calor implicar\u00eda un gran impacto, tanto ambiental como econ\u00f3mico. Adem\u00e1s, uno de los desaf\u00edos m\u00e1s importantes para continuar la carrera de miniaturizaci\u00f3n de los dispositivos electr\u00f3nicos es lograr una extracci\u00f3n eficiente del calor que se genera en estos.<\/p>\n

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        • Propiedades electr\u00f3nicas de materiales topol\u00f3gicos.<\/strong> Los materiales topol\u00f3gicos se caracterizan por tener propiedades de simetr\u00eda en su interior que afectan de manera particular el comportamiento de los estados de sus superficies o bordes, los que son robustos a imperfecciones como la presencia de tensiones, defectos o impurezas. Por ese motivo, se los considera prometedores en cuanto a su potencial aplicaci\u00f3n en computaci\u00f3n cu\u00e1ntica, al desarrollo de novedosos dispositivos electr\u00f3nicos y a la ciencia de materiales en general. En la CNEA se estudia el comportamiento de los estados de superficie topol\u00f3gicos (ETS) en presencia de mol\u00e9culas adsorbidas con el fin de entenderlo con vistas a su control o manipulaci\u00f3n. Adem\u00e1s, se busca saber si estos materiales pueden catalizar en forma m\u00e1s eficiente reacciones qu\u00edmicas de inter\u00e9s en energ\u00eda y medio ambiente. El proyecto consiste tambi\u00e9n en describir las propiedades electr\u00f3nicas de diferentes materiales topol\u00f3gicos en interacci\u00f3n con distintas mol\u00e9culas.<\/li>\n
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          Electrorreducci\u00f3n del di\u00f3xido de carbono.<\/strong> El aumento de los niveles de di\u00f3xido de carbono en la atm\u00f3sfera y su impacto negativo en el medio ambiente han estimulado el desarrollo de tecnolog\u00edas y procesos para capturarlo y convertirlo en compuestos que puedan ser utilizados como combustibles o materias primas en procesos industriales. Estos procesos pueden darse en una celda electroqu\u00edmica eligiendo componentes apropiados para los electrodos. El CO2 ingresa en forma de gas en la celda y se adhiere al material utilizado como electrodo. Luego reacciona qu\u00edmicamente con otras especies presentes (protones) y as\u00ed se convierte en un producto diferente. Con la herramienta de la simulaci\u00f3n computacional, en la CNEA se trabaja para comprender los fen\u00f3menos fisicoqu\u00edmicos involucrados, lo que complementa la tarea experimental hecha en el laboratorio y permite dise\u00f1ar materiales m\u00e1s eficientes para catalizar la reacci\u00f3n de conversi\u00f3n de CO2.<\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

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          Fuente: CNEA<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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