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La lnea de tiempo nuclearPrimera parte

Entorno nuclear

Por Lydia C. Paredes Gutirrez (lpg@nuclear.inin.mx) y Javier M. Ortega Escalona (jortega@nuclear.inin.mx)

Para poder comprender la evolucin que ha tenido el rea nuclear y predecir su futuro, es

importante hacer una resea de los eventos ms relevantes que se han presentado desde la

poca de los grandes filsofos griegos hasta nuestros das. A continuacin se presenta la prime-

ra parte de estos descubrimientos en la lnea del tiempo.

En Grecia, Demcrito proclama que todos los materiales

estn formados por pequeas partculas, a las cuales l

llam tomos, cuyo significado en griego es no divisible.

400 a. C.

El elemento uranio es descubierto por Martin Klaproth.

1789

Michael Faraday propuso el concepto de campo elctrico.

1833

Julius Plcker identifica por vez primera los

rayos catdicos.

1862

29

Modelado matemticode sistemas de proteccin catdica

Por: Fs. Eduardo Sinz Meja, Depto. de Automa-

tizacin e Instrumentacin (esm@nuclear.inin.mx)

En estructuras metlicas que estn en contac-

to o inmersas en un medio conductor elctri-

co (como el suelo), ocurre la corrosin de ori-

gen electroqumico, que consiste en la disolu-

cin por oxidacin de los iones de la superfi-

cie metlica hacia el medio como consecuen-

cia del transporte de carga elctrica. El objeti-

vo de los sistemas de proteccin catdica es

inhibir o invertir el sentido de las corrientes

elctricas en la superficie del metal a proteger

y evitar as esta disolucin inica. Esto ltimo

se logra mediante el uso de nodos adiciona-

les, que ya sea por su potencial natural de

equilibrio con el suelo (nodos de sacrificio o

pasivos) o por un potencial aplicado por una

fuente externa (corriente impresa o activos),

impiden la disolucin de los iones metlicos

de la superficie a proteger a expensas de di-

solver (corroer) las superficies de los nodos

adicionales.

Fueron varias las tareas desarrolladas para

este proyecto e involucraron a personal de

diversos departamentos del ININ. Una de ellas

consisti en desarrollar un programa de com-

putadora. El objetivo del sistema de software

denominado MASPC (Modelo mAtemtico de

Sistemas de Proteccin Catdica) es el de ob-

tener las distribuciones de potencial y de den-

sidad de corriente elctrica en los fondos de

tanques verticales de almacenamiento de hi-

drocarburos cuando stos se protegen de la

corrosin mediante sistemas catdicos. El pro-

grama permite al usuario definir de manera

interactiva un arreglo de superficies que deli-

mitan a un volumen cerrado de suelo en don-

de se incluyen tanto el fondo del tanque como

las superficies de los nodos. Tambin de

manera interactiva el usuario puede estable-

cer condiciones de frontera (como pueden

ser para las superficies de los nodos, ya sea

los potenciales en un sistema activo, o bien

las densidades de corriente en un sistema

pasivo), y finalmente el programa resuelve la

ecuacin diferencial parcial de Laplace en tres

dimensiones para obtener los potenciales e

intensidades de los campos elctricos que no

se conozcan previamente. Las soluciones ob-

tenidas pueden visualizarse de dos maneras,

ya sea con vectores o flechas dibujadas sobre

las superficies, lo que permite juzgar la mag-

nitud y direccin de un campo elctrico o in-

tensidad de corriente, o bien mediante super-

ficies coloreadas, lo que permite juzgar la dis-

tribucin y la magnitud de las variables.

Para cumplir con las restricciones de tiempo y

el presupuesto del proyecto, se utiliz el mto-

do de elemento frontera como tcnica de

Entorno nuclear

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Presentacin

Destacan, entre otros artculos, los referentes a

los adelantos en la Investigacin y Desarrollo

de Radiofrmacos ya sea para radioterapia

dirigida, para la deteccin por imagen de pro-

cesos infecciosos, como es el caso del 99mTc, o

para tratamiento de artritis reumatoides y otros,

con objeto de optimizar formulaciones esta-

bles de radiofrmacos anlogos a la

somatostatina y evaluar su cintica de

internalizacin y externalizacin en clulas

tumorales, junto con otras metas.

En base a un programa de cooperacin tcni-

ca con el Organismo Internacional de Energa

Atmica, OIEA, se ha logrado que desde el

2004 se recojan muestras de aire en diversos

puntos de la ciudad de Mxico y se analicen

en el ININ mediante la tcnica PIXE (Emisin

de rayos X inducida por protones). Los datos

son de utilidad para promover un Aire Ms

Limpio en la Ciudad de Mxico.

Otro importante proyecto con el OIEA, es el

relativo a la Evaluacin de la Integridad y Ex-

tensin de Vida de la Planta Nuclear Laguna

Verde. Se comenta sobre el Programa Piloto

de Manejo del Envejecimiento, y de que se

tiene identificada y documentada la informa-

cin esencial que permite describir el estado

de la envolvente del ncleo del reactor de la

U-1, lo cual es base para el Programa de Ma-

nejo de Vida de Planta.

Bajo la ptica del Presidente de la

Westinghouse Company se expone La Situa-

cin Actual de la Energa Nuclear. El autor re-

salta el costo creciente de los combustibles de

origen fsil, destacando la competitividad de

la energa nuclear para substituirlos, en la ge-

neracin de electricidad. Reconoce adems que

el calentamiento global es una realidad, de

donde surge la necesidad de proteger el me-

dio ambiente. Aunque no se cita en el artculo,

es sabido que el calentamiento global provie-

ne en buena medida del efecto invernadero,

provocado por los gases generados al que-

mar los citados combustibles fsiles. Alude tam-

bin a estmulos para la instalacin de nuevas

plantas ncleoelctricas en su pas, y a la de-

manda creciente de nuevas unidades a nivel

mundial.

Motivo de jbilo, es que nuestro compaero, el

Doctor Francisco Granados Correa, haya reci-

bido la presea que se le otorg, como hijo dis-

tinguido de su natal ciudad de Zitcuaro

Michoacn. Lo felicitamos.

Para muchos, la carta de presentacin de la

energa nuclear a nivel mundial se dio en las

postrimeras de la Segunda Guerra Mudial. No

obstante, cincuenta aos antes de este evento,

la radiacin comenzaba a tener aplicaciones

significativas en diversos campos. De estos

avances, as como de los inseparables descu-

brimientos que los precedieron, se da cuenta

en el artculo La lnea de tiempo nuclear (pri-

mera parte).

OSG

3030303030

aproximacin numrica para solucin de la

ecuacin diferencial. Despus de valorar di-

versos lenguajes, como plataforma de desa-

rrollo del software se decidi utilizar el len-

guaje PYTHON, que es un lenguaje interpreta-

do, interactivo y orientado a objetos que co-

menz a ser desarrollado desde 1990 en el

Centrum voor Wiskunde en Informatica (CWI)

de Holanda y actualmente est bajo la pro-

piedad de la Python Software Foundation que

lo distribuye bajo la licencia de software de

fuente abierta.

Dentro de un amplio espectro de aplicacio-

nes, en el pas del norte los cientficos de la

Divisin de Fsica Terica del Laboratorio Na-

cional de Los lamos emplean PYTHON para

controlar programas de fsica de gran escala

(astrofsica) que ejecutan tanto en

supercomputadoras masivamente paralelas

como en servidores de alto rendimiento y

clusters. PYTHON juega un papel muy impor-

tante en estas simulaciones tanto en el anli-

sis de datos como en la visualizacin.

Adicionalmente, PYTHON ha sido utilizado

para ejecutar MPI (Interfaz de Paso de Men-

sajes).

Para este proyecto, la versin PYTHON 2.3 fue

instalada en computadoras tipo PC con ca-

ractersticas promedio en cuanto a cantidad

de memoria, velocidad y sistemas operativos

de la familia WINDOWS, junto con los mdu-

los auxiliares siguientes:

NUMERIC. Biblioteca de clases y objetosque incrementa el rendimiento en el ma-

nejo de grandes arreglos numricos y su

manipulacin.

SCIENTIFIC-PYTHON. Biblioteca de clases

Fig. 1. Volumen cbico

y objetos para manejo de Vectores,

Tensores, Interfaz MPI, biblioteca de fun-

ciones cientficas y de lgebra lineal y bi-

blioteca de visualizacin entre otras.

WX-PYTHON. Biblioteca de interfaces grfi-cas de usuario.

La secuencia de desarrollo fue:

1. Plantear la discretizacin de la ecuacin di-

ferencial y el algoritmo de solucin.[ 1 ] Se plan-

tearon las expresiones matemticas para im-

plantar el mtodo de elemento frontera de la

manera ms directa, que es dividir las superfi-

cies en tringulos y suponer constante el po-

tencial y la intensidad de campo elctrico den-

tro de cada uno de ellos. Se dise la estructu-

ra del programa y se desarroll la programa-

cin de los principales mdulos.

2. Desarrollo del software y su validacin ini-

cial con dos ejemplos que tengan solucin ana-

ltica. [ 2 ]. Se seleccionaron dos problemas de

referencia en tres dimensiones con solucin ana-

ltica, uno que corresponde a un volumen c-

bico (Fig. 1) y el otro que corresponde a un

volumen anular (Fig. 2, siguiente pgina). Se

generaron modelos con diferentes tamaos de

malla y se compararon los resultados con la

solucin analtica.

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DIRECTORIO ININ

DIRECTOR GENERAL

M. en C. Jos Ral Ortiz Magaa

SECRETARIO TCNICO

Dr. Julin Snchez Gutirrez

DIRECTOR DE INVESTIGACIN CIENTFICA

Dr. Luis Carlos Longoria Gndara

DIRECTORA DE INVESTIGACIN TECNOLGICA

M. en C. Lydia Paredes Gutirrez

DIRECTOR DE SERVICIOS TECNOLGICOS

Ing. Walter Rangel Urrea

DIRECTOR DE ADMINISTRACIN

M. en A. Hernn Rico Nez

DIRECTORIO CONTACTO NUCLEAR

CONSEJO EDITORIAL

Carlos Arredondo Snchez

Matilde Brea Valle

Guillermo Duque y Mojica

Homero Jimnez Domnguez

Gustavo Molina

EDITOR

Omar Sarabia Guajardo

REALIZACIN

Javier Martn Ortega Escalona

FOTOGRAFA

Armando Iturbe German

ASISTENTE TCNICO

Laura Gallegos Celada del Castillo

Contacto Nuclear es el rgano informativo interno ofi-cial del Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares,organismo pblico descentralizado del Gobierno Federal.El ININ tiene entre sus fines la investigacin y el desarrollode excelencia en ciencia y tecnologa nucleares, orienta-dos a satisfacer la demanda de servicios especializadosde los sectores productivos. Tiene su domicilio en el CentroNuclear Dr. Nabor Carrillo Flores, Carretera Mxico-Tolucas/n La Marquesa, Ocoyoacac, Estado de Mxico, C. P.52750. e-mail osg@nuclear.inin.mx, Ing. Omar SarabiaGuajardo.

Contenido

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PRESENTACIN

EL ININ HOY

AIRE MS LIMPIO EN LA CIUDAD DE MXICO GRA-

CIAS A LA CIENCIA NUCLEAR

Evaluacin de la integridad y extensin de vida de

la planta nuclear Laguna Verde Programa de Mane-

jo de Vida de Planta.

Investigacin y desarrollo de RADIOFRMACOS. Pri-

mera parte: 2001-2003

Investigacin y desarrollo de RADIOFRMACOS. Se-

gunda parte: 2004-2006

Presea Suprema Junta Nacional Americana 2006

para Francisco Granados, investigador del ININ

ENTORNO NUCLEAR

La lnea de tiempo nuclear: primera parte

Disposicin de DESECHOS RADIACTIVOS en Estados

Unidos

La situacin actual de la energa nuclear. Entrevista

a Stephen Tritch. Presidente de Westinghouse Elec-

tric Company

Modelado matemtico de sistemas de proteccin

catdica

31

3. Elaboracin del modelo discreto de un tan-

que [ 3,4 ]. Se programaron los mdulos

PYTHON para generar los conjuntos de su-

perficies para dos modelos geomtricos, uno

de tipo cilndrico (Fig. 3) y otro de tipo esfrico

(Fig.4).

4. Estudio de sensibilidad.[ 5 ] Se realiz un

estudio paramtrico para evaluar los efectos

del tamao del suelo a considerar en los an-

lisis. Se consideraron tres tamaos de suelo

que son del doble, triple y cudruple del radio

de la placa del fondo de los tanques y tam-

bin se generaron modelos para observar el

efecto del anillo de cimentacin y el efecto de

la orientacin y profundidad de los nodos

en un arreglo.

5. Validacin final del procedimiento de an-

lisis.[ 6 ] Se gener un modelo para un siste-

ma mixto de proteccin catdica que consiste

de una configuracin de 6 nodos de

magnesio (sistema pasivo) y cuatro de ferro-

silicio (sistema activo). Debido a la peculiar

simetra del arreglo, se utiliz un modelo de

180 de sector.[ 6 ]

6. Generacin del manual de usuario.[ 7] Se

edit un manual de usuario con las instruc-

ciones precisas acerca de la instalacin del

sistema (en la familia de sistemas operativos

WINDOWS ) y sobre el uso y administracin

de la informacin generada.

El sistema MASPC contina desarrollndose

para simplificar la interfaz al usuario. Se ge-

neraron dos geometras genricas, una ciln-

drica y otra esfrica, para que slo sea nece-

sario ingresar unos pocos datos geomtricos

como las dimensiones de la placa y del suelo

a considerar; las condiciones de frontera se

imponen de manera automtica. Tambin se

est incorporando un mdulo que permite la

seleccin de los nodos a partir de una no-

menclatura o modelo comercial. Adems la

interfaz al usuario se est migrando a la bi-

blioteca PYTHON-GTK. Esto ltimo con el ob-

Fig. 3. Volumen cilndrico

Fig. 4. Volumen esfrico

Fig. 2. Volumen anular

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jeto de que el sistema sea totalmente transpor-

table a la familia de sistemas operativos LINUX/

UNIX. La versin prototipo de MASPC (sin

interfaz de usuario mediante controles) ejecu-

ta correctamente en el sistema operativo LINUX

DEBIAN 3.1.r.1.

CONCLUSIN

El sistema MASPC en su estado actual de

desarrollo aporta una plataforma flexible que

permite ampliar sus aplicaciones hacia los

diversos campos en donde los fenmenos de

difusin estan presentes tales como en la

electroqumica, conduccin de calor, difusin

de agua en el subsuelo y electromagnetismo

entre otros.Fig. 5. Modelo de proteccin catdico con 6 nodospasivosy 4 nodos activos

REFERENCIAS

[1] Sinz, M. E. Planteamiento del Desarrollo del Modelo Matemtico. Proyecto PE-006 MASPC (PEMEX), MC. AU-0501 Rev. 0, ININ Agosto 2005.

[2] Sinz, M. E. , Bucio V. F. J. Validacin del Modelo Matemtico. Proyecto PE-006 MASPC (PEMEX), MC. AU-0502Rev. 0, ININ Septiembre 2005.

[3] Sinz, M. E., Bentez Read, J. S., Palacios, H. J. C. Memoria de Clculo del Modelo Discreto de un Tanque.Proyecto PE-006 MASPC (PEMEX), MC. AU-0503 Rev. 0, ININ Agosto 2005.

[4] Sinz, M. E., Bentez Read, J. S., Palacios H. J. C. Programacin del Modelo Discreto. Proyecto PE-006 MASPC(PEMEX), IT. AU-0510 Rev. 0, ININ Agosto 2005.

[5] Sinz, M. E., Bentez Read, J. S., Palacios H. J. C. Estudio de los sistemas Pasivo y Mixto. Proyecto PE-006MASPC (PEMEX), IT. AU-0511 Rev. 0, ININ Agosto 2005.

[6] Bucio V. F. J., Sinz, M. E., J.S., Palacios,H,J.C. Anlisis de 3 geometras en el Sistema Mixto. Proyecto PE-006MASPC (PEMEX), IT. AU-0518 Rev. 0, ININ Noviembre 2005.

[7] Bucio V. F. J., Sinz, M. E., J.S., Palacios,H,J.C. Manual de usuario del sistema MASPC. Proyecto PE-006 MASPC(PEMEX), IT. AU-0517 Rev. 0, ININ Diciembre 2005.