Estimación de la distribución de densidad interna de objetos geológicos mediante tomografía de muones

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dc.contributor.advisorNúñez, Luis Alberto
dc.contributor.advisorPeña Rodríguez, Jesús
dc.contributor.advisorMartínez Carrillo, Fabio
dc.contributor.authorDlaikan Castillo, Kevin Joel
dc.contributor.evaluatorArgüello Fuentes, Henry
dc.contributor.evaluatorGonzález Gómez, Andrés Leonardo
dc.date.accessioned2023-05-24T13:04:27Z
dc.date.available2023-05-24T13:04:27Z
dc.date.created2023-05-23
dc.date.issued2023-05-23
dc.description.abstractLos muones son partículas generadas por la interacción de la radiación cósmica y núcleos atómicos en la atmósfera de la Tierra, con capacidad de penetrar cientos de metros de roca. La muografía es el proceso por el cual se aprovecha el flujo atenuado de muones detectado por un instrumento ubicado en un punto de observación, para obtener una imagen 2D (muograma) de la distribución de densidad interna del objeto estudiado. La tomografía de muones es el proceso en el cual se utilizan los muogramas obtenidos en diferentes puntos de observación alrededor del objeto para estimar la distribución de densidad volumétrica (3D) de la estructura. Como regla general, a mayor cantidad de puntos de observación, más precisa es la reconstrucción por tomografía respecto al objeto original. No obstante, se ha encontrado que para el volcán Cerro Machín en Colombia se cuenta con sólo 4 puntos de observación favorables debido a sus dificultades topográficas. Actualmente no se tiene una distribución de densidad interna disponible del volcán Cerro Machín. En este trabajo se experimentó inicialmente con el espectro Shepp-Logan y se observó que la curva de RMSE (Root Mean Squared Error) en las reconstrucciones tomográficas obtenidas con el algoritmo ART (Algebraic Reconstruction Technique) sigue una tendencia parabólica al variar el número de puntos de observación igualmente espaciados. Esto implica que hay un número medio de puntos de observación que minimiza el error en la reconstrucción tomográfica en comparación con el objeto original. En segunda estancia se obtuvo la distribución de distancia recorrida por los muones en roca del volcán Cerro Machín por medio del algoritmo ART disponible en la librería TomoPy. Se dispuso de 42 muogramas obtenidos en puntos de observación a 1059 +- 40 metros de distancia del punto más alto del volcán y una altura de 2495 +- 10 m s.n.m. Finalmente se evaluó el mapa de error sistemático y el RMSE de las vistas de la reconstrucción variando el número de puntos de observación e iteraciones, obteniendo un error mínimo (RMSE = 0.117) en la vista superior de la reconstrucción de 14 puntos y 1 iteración y un error mínimo (RMSE = 0.059 km) en la vista frontal con 14 puntos y 2 iteraciones, por lo que se pudo obtener una mejor reconstrucción con 28 puntos de observación menos que los iniciales.
dc.description.abstractenglishMuons are particles generated by the interaction of cosmic radiation and atomic nuclei in Earth's atmosphere, with the ability to penetrate hundreds of meters of rock. Muography is the process by which the attenuated muon flux detected by an instrument located at an observation point is used to obtain a 2D image (muogram) of the internal density distribution of the object under study. Muon tomography is the process in which the muograms obtained at different observation points around the object are used to estimate the volumetric (3D) density distribution of the structure. As a general rule, the more observation points available, the more accurate the tomographic reconstruction is with respect to the original object. However, it has been found that for the Cerro Machín volcano in Colombia, there are only 4 favorable observation points due to its topographical difficulties. Currently, there is no available internal density distribution of the Cerro Machín volcano. In this work, experiments were initially conducted using the Shepp-Logan spectrum, and it was observed that the root mean squared error (RMSE) curve in the tomographic reconstructions obtained with the algebraic reconstruction technique (ART) algorithm follows a parabolic trend as the number of equally spaced observation points varies. This implies that there is an optimal number of observation points that minimizes the error in tomographic reconstruction compared to the original object. In a second step, the distribution of distance traveled by muons in the rock of the Cerro Machín volcano was obtained using the ART algorithm available in the TomoPy library. 42 muograms obtained at observation points at a distance of 1059 +- 40 meters from the highest point of the volcano and an altitude of 2495 +- 10 m above sea level were available. Finally, the systematic error map and RMSE of the reconstruction views were evaluated by varying the number of observation points and iterations, obtaining a minimum error (RMSE = 0.117) in the top view of the reconstruction with 14 points and 1 iteration, and a minimum error (RMSE = 0.059 km) in the frontal view with 14 points and 2 iterations, allowing for a better reconstruction with 28 fewer observation points than initially used.
dc.description.degreelevelPregrado
dc.description.degreenameIngeniero de Sistemas
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/14324
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.programIngeniería de Sistemas
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería de Sistemas e Informática
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectTomografía de muones
dc.subjectmuografía
dc.subjectpuntos de observación
dc.subjectvolcán Cerro Machín
dc.subject.keywordMuon tomography
dc.subject.keywordmuography
dc.subject.keywordobservation points
dc.subject.keywordCerro Machín volcano
dc.titleEstimación de la distribución de densidad interna de objetos geológicos mediante tomografía de muones
dc.title.englishEstimation of the inner density distribution of geological objects using muon tomography
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
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