Esta tesis doctoral se centra en la aplicación de la física estadística del no equilibrio al estudio de problemas ecológicos de diferente naturaleza. En primer lugar se desarrollan modelos teóricos para explicar la formación de patrones de vegetación en algunas regiones donde el agua es escasa, prestando especial atención al papel que juegan las interacciones entre plantas. En la segunda parte se abordan problemas de búsqueda en los que los individuos son capaces de comunicarse entre sí. El objetivo es comprender el comportamiento de las gacelas que habitan la estepa centroasiática. En un último capitulo se estudia el efecto que tiene un medio externo cuyos características cambian en el tiempo sobre distintas propiedades de los ecosistemas. Situando problemas de tan diversa naturaleza en un marco común se pretende mostrar el poder de la física estadística como herramienta interdisciplinar. / This thesis focuses on the application of nonequilibrium statistical physics to different ecological problems. In the first part we study the formation of vegetation patterns in water-limited systems, emphasizing the role of nonlocal interactions among plants. In the second part we develop mathematical models to explain the collective searching behavior in some animal species, where individuals communicate among them. The objective of this chapter is to build the theoretical tools to study foraging behavior in Mongolian gazelles, which is the aim of the next chapter. Finally, the effect of environmental variability on the robustness and evolution of ecosystems is studied. Studying problems of different nature within the common framework provided by statistical physics we aim to show its relevant role as an interdisciplinary tool.

This doctoral thesis presents a collection of six scientific papers, which have been published in peer-reviewed scientific journals, in the field of real-time environmental radioactivity detection. After the contributions of this thesis, the automatic real-time environmental radiation surveillance network of Catalonia provides new and better radiological information. This was achieved thanks to the development and calibration of three types of radioactivity monitors using gamma-ray spectrometry, either with NaI(Tl) or LaBr3(Ce) detectors, which permit the real-time identification and quantification of radioactive isotope content in water and in air. In the thesis, details on general calibration methodologies can be found. The mentioned developments as well as their specific calibrations are also discussed. For each monitor, an evaluation of their measurement capabilities is also performed. / Esta tesis doctoral presenta una colección de seis artículos científicos, que han estado publicados en revistas científicas revisadas, en el campo de la detección de radiactividad ambiental en tiempo real. Después de las contribuciones de esta tesis, la red automática de vigilancia radiológica ambiental en tiempo real de Cataluña dispone de nueva y mejor información radiológica. Esto ha sido logrado gracias al desarrollo y calibración de tres tipos de monitores de radiactividad mediante espectrometría gamma, ya sea con detectores de NaI(Tl) o de LaBr3(Ce), que permiten la identificación y cuantificación en tiempo real del contenido isotópico radiactivo en agua y aire. En esta tesis, se pueden encontrar detalles sobre metodologías generales de calibración así como una discusión de los mencionados desarrollos y sus correspondientes calibraciones específicas. Además, se efectúa una evaluación de las capacidades de medida para cada uno de los monitores.

This thesis sets to understand key limiting steps in organic solar cells (OSCs) and hybrid organic-inorganic light-emitting diodes (HyLEDs) and to provide routes to more environmentally friendly and lower cost devices. As well as studying organic optoelectronic devices, hybrid organic-inorganic approaches are also explored from both a fundamental point of view (quantum dot/organic solar cells) to a more technological one (air-stable, low cost light emitting diodes). The origin of the opencircuit voltage in bilayer solar cells is studied using transient optoelectronic techniques to probe the charge distribution in the active layer and the lifetime of charge carriers under working conditions. Furthermore, these techniques are applied to hybrid quantum dot/organic bilayer solar cells and provide a quantitative analysis of the non-geminate recombination in the device and its influence on the open-circuit voltage. The thesis also explores the use of water-soluble donors for OSCs and led to first true water-soluble donor. / Este trabajo de tesis proporciona las bases para el análisis detallado de los pasos limitantes del funcionamiento de celdas solares orgánicas (OSCs) y de los lightemitting diodos híbridos orgánico-inorgánicos (HyLED); además de procurar las rutas para la preparación de nuevos tipos de dispositivos económicos y seguros para el medio ambiente. El origen del voltaje de circuito abierto en celdas solares de doble capa ha sido estudiado mediante técnicas de optoelectrónica transientes para investigar la distribución de cargas en el estado activo y los tiempos de vida de las cargas bajo las condiciones de trabajo. Además, estas técnicas han sido aplicadas a celdas solares híbridas quantum dots/doble capa orgánica consiguiendo un análisis cuantitativo de la recombinación no-geminial en el dispositivo y su influencia sobre el voltaje de circuito abierto. La tesis también explora el uso de donantes solubles en agua para OSCs y llevó al primer verdadero donante soluble en agua.

The discrete dipole approximation (DDA) has been successfully applied to many light scattering problems. Simply stated, the DDA is an approximation of the continuum target by a finite array of polarizable points. The points acquire dipole moments in response to thelocal fields. The dipoles of course interact with one another via their electric and magnetic fields, so the DDA is also sometimes referred to as the coupled dipole approximation. As of today, the method has established itself as one of the best solutions to calculate the scattering of radiation by particles of arbitrary shape. Hitherto, however, the main existing implementations include materials with relative magnetic permeability equal to 1 only, which is correct for all materials in the optical frequency range. Nonetheless, materials with unusual optical properties have arisen recently. This includes the possibility of having both electric and magnetic anisotropic properties (bianisotropic materials) in the most general case. The situation where both the real part of the electric permittivity and the magnetic permeability are negative corresponds to what is known as "left-handed materials", or negative index materials (NIM), with unconventional properties such as negative refraction. The treatment of these materials with a method as contrasted as the DDA provides several advantages, apart from possibly being the only method available in many cases. This PhD Thesis has explored nanostructured systems with arbitrary anisotropic optical properties (both electric and magnetic) by means of an Extension of the Discrete Dipole Approximation (E-DDA). During the development of this dissertation, a computational code (E-DDA code) has been implemented, able to produce comparative results with existing DDA codes, obtaining an excellent agreement. After validation, the method was then applied to a wide range of materials and situations, making a special reference to its application to magneto-optical materials (with an antisymmetric electric permittivity tensor) and composite materials. As a summary, the status of the E-DDA code is mature enough to be applied to very different configurations, making it a very useful, flexible and stable computational tool for calculating scattering and absorption of light by irregular particles, including anisotropic materials both electrically and magnetically at the same time in the most general case. / La aproximación de dipolo discreto (o DDA por sus iniciales en inglés) ha sido empleada con éxito en multitud de aplicaciones dentro del ámbito de la difusión de luz. Básicamente consiste en discretizar el blanco difusor en elementos polarizables. Los elementos adquieren momentos dipolares en respuesta a los campos locales. Los dipolos por supuesto interaccionan entre ellos por medio de sus campos eléctricos y magnéticos, por eso a la DDA también se la conoce como aproximación de dipolo acoplado. A día de hoy, el método se afianza como una de las mejores soluciones para calcular la radiación difundida por partículas de forma arbitraria. Hasta ahora, sin embargo, las principales implementaciones existentes sólo incluyen materiales en los que la permeabilidad magnética relativa puede aproximarse por la unidad, lo cual es acertado para todos los materiales en el dominio de las frecuencias del rango óptico. No obstante, últimamente están apareciendo materiales con propiedades ópticas inusuales, como por ejemplo el caso de que algunas de sus constantes ópticas efectivas sean negativas (sus partes reales), o bien que presenten anisotropía tanto para el campo eléctrico como para el magnético (materiales bianisótropos). El caso doble negativo correspondería a lo que se ha venido en llamar “materiales zurdos”, o materiales con índice negativo, con propiedades sorprendentes como la refracción negativa. El tratamiento de estos materiales con un método tan bien contrastado como es el DDA presenta bastantes ventajas, aparte de que en muchos casos puede ser el único método disponible. Esta Tesis Doctoral ha explorado sistemas nanoestructurados con propiedades eléctricas y magnéticas anisótropas por medio de una Extensión de la Aproximación de Dipolo Discreto (E-DDA). Durante el desarrollo de esta tesis, se ha implementado un código computacional (código E-DDA), capaz de producir resultados comparativos con otros códigos DDA existentes, obteniendo un acuerdo excelente. Después de validarse, el método se ha aplicado a un amplio rango de materiales y situaciones, haciendo mención especial a su aplicación a materiales magneto-ópticos (con un tensor de permisividad eléctrica antisimétrico) y materiales compuestos. En resumen, el estado del código desarrollado es suficientemente maduro como para poder aplicarse a muchas configuraciones diferentes, haciendo de él una herramienta computacional útil, flexible y estable para calcular la difusión y absorción de luz por partículas irregulares, incluyendo materiales anisótropos tanto eléctricos como magnéticos en el caso más general.

In Nuclear Fusion Technology, MHD flows can be encountered in liquid metal (LM) breeding blankets, the part of a fusion reactor where tritium, one of the fusion fuels, is to be produced. There are several types of LM breeding blankets, which can be classified according to the fraction of the thermal load extracted by the LM. Such classification provides valuable information on liquid metal flow properties. For instance, if no heat removal is carried out by the LM, its velocity can be quite low, what makes buoyancy the predominant force in front of inertia. The flow inside breeding blanket channels can be very complex, particularly in those blanket types where buoyancy plays a relevant role. The understanding of the flow nature, including the possible instabilities that might appear, the exact knowledge of flow profiles for tritium control purposes, and the prediction of thermal fluxes for thermal efficiency analysis are of great interest for blanket design optimization. In this direction, a thermal-MHD coupled simulation tool has been implemented in the OpenFOAM toolkit. The resultant code can be understood as a preliminary predictive tool for liquid metal breeding blanket channel design. The developed code is a transient 3D tool that accounts for thermal-MHD coupling and can deal with several layers of materials. Various MHD modeling strategies have been studied, starting with the implementation of an induced magnetic field formulation and continuing with an electric potential formulation based on the low magnetic Reynolds approximation, in this case using the conservative formula of the Lorentz force proposed by Ni et al. (2007). Two pressure-velocity couplings have been analyzed. The first one is based on a projection method whereas the second one, which has proved to be more robust, follows a PISO-like algorithm (Weller et al. 1998). The thermal coupling has been achieved by means of the Boussinesq hypothesis. The developed tool accounts for the linear wall function for Hartmann boundary layers from Leboucher (1999), which reduces substantially the CPU time of the simulations. The code also accounts for fluid-solid thermal and electrical coupling by means of implicit coupling of fluid and solid grids. Special attention has been placed in correctly coupling liquid-solid energy transport equations by means of the conservative form of the equations in both domains. All along the development process, validation steps have been carried out with successful results. An alternative thermal-MHD tool has also been implemented following the 2D approach from Sommeria and Moreau (1982). Such code accounts for the 0-equation Q2D turbulence RANS model from Smolentsev and Moreau (2006). Three application cases are considered. In the first case, the integrated effect of volumetric heating and magnetic field on tritium transport in a U-bend flow, as applied to the EU HCLL blanket concept, is studied. The second application case corresponds to the thermal analysis of the blanket design that is being developed in the framework of the Spanish National Project on Breeding Blanket Technologies TECNO_FUS (through CONSOLIDER-INGENIO 2010 Programme). The third and last case includes the instability analysis of a pressure-driven MHD flow in a horizontal channel with a constant thermal load. The application cases have not only shown the code capabilities to simulate liquid metal channels in breeding blankets but, also, have provided a useful know-how on flow properties inside those channels. / En Tecnologia de Fusió Nuclear, per descriure la circulació de fluids dins dels embolcalls regeneradors de metall líquid (ML) cal recórrer a la magnetohidrodinàmica (MHD). Un embolcall regenerador (o tritigeni) és la zona d'un reactor de fusió on es produeix triti, un dels combustibles de fusió. Els embolcalls regeneradors de ML poden classificar-se atenent a la fracció de la càrrega tèrmica extreta pel ML. Aquesta classificació proporciona informació valuosa sobre les propietats del flux de metall líquid. Per exemple, si el ML no extreu potència tèrmica, la seva velocitat pot ser bastant baixa, el que implica que la força dominant sigui la flotació en front de la inèrcia. El flux dins dels canals d’un embolcall regenerador pot ser molt complex, especialment en aquells tipus d’embolcall on la flotació juga un paper rellevant. La comprensió de la naturalesa del flux, incloent les inestabilitats que podrien aparèixer, el coneixement exacte dels perfils de flux per al control de triti, i la predicció de fluxos tèrmics per a l’anàlisi de l’eficiència tèrmica són de gran interès per a l’optimització del disseny. En aquest sentit, s’ha implementat un codi de simulació acoblada tèrmica-MHD en l’eina de codi lliure OpenFOAM. El codi resultant pot ser entès com una eina predictiva preliminar per al disseny dels canals de ML dels embolcalls regeneradors. El codi desenvolupat permet el càlcul transitori en 3D amb acoblament tèrmic-MHD i pot tractar amb diverses capes de materials. S’ha estudiat diferents models MHD, començant per la implementació d’una formulació basada en el camp magnètic induït i continuant amb una formulació basada en el potencial elèctric mitjançant l’aproximació per a Reynolds magnètics baixos, en aquest darrer cas utilitzant la fórmula conservativa de la força de Lorentz proposada per Ni et al. (2007). S’han analitzat dos acoblaments pressió-velocitat. El primer acoblament es basa en un mètode de projecció, mentre que el segon, que ha demostrat ser més robust, segueix un algorisme tipus PISO (Weller et al. 1998). L’acoblament tèrmic s'ha modelat per mitjà de la hipòtesi de Boussinesq. El codi desenvolupat compta amb la funció de paret lineal de Leboucher (1999) per a les capes límit de Hartmann, cosa que redueix substancialment el temps de CPU de les simulacions. El codi també inclou acoblament tèrmic i magnètic líquid-sòlid mitjançant l'acoblament implícit de les malles del fluid i del sòlid. S’ha tingut una cura especial en realitzar correctament aquest acoblament fluid-sòlid fent ús de la forma conservativa de l’equació d’energia en ambdós dominis. Al llarg del procés de desenvolupament, s’han dut a terme les corresponents validacions amb resultats satisfactoris. També s'ha implementat un codi tèrmic-MHD alternatiu basat en el model MHD 2D de Sommeria i Moreau (1982). Aquest segon codi té implementat el model RANS de 0-equacions de Smolentsev i Moreau (2006) per a la turbulència Q2D. Els codis desenvolupats s’han emprat en tres casos d’interès. En el primer cas, s’ha estudiat l’efecte integrat de l’escalfament volumètric i el camp magnètic en el transport de triti en un canal en U, com el que es pot trobar en el disseny d’embolcall regenerador UE HCLL. En el segon cas, s’ha realitzat una anàlisi tèrmica del disseny d’embolcall que s’està definint dins del Programa Nacional Espanyol en Tecnologia d’Embolcalls Regeneradors TECNO_FUS (a través del Programa CONSOLIDER-INGENIO 2010). En el tercer i últim cas, s’han analitzat les inestabilitats que tenen lloc en fluxos MHD en canals horitzontals amb gradient de pressió extern, amb camp magnètic transversal i amb una càrrega tèrmica uniforme. Els casos d’aplicació no només han demostrat la capacitat del codi per simular canals de metall líquid en embolcalls regeneradors; també han permès caracteritzar el flux a l’interior d’aquests canals.

Les xarxes complexes han demostrat ser una eina molt valuosa per estudiar sistemes reals, en part, gràcies a la creixent capacitat de computació. En aquesta tesi abordem computacionalment diversos problemes dividits en dos blocs. El primer bloc està motivat pels problemes que planteja la ràpida evolució de la Internet. D’una banda, el creixement exponencial de la xarxa està comprometent la seva escalabilitat per les dependències a les taules d’enrutament globals. Al Capítol 4 proposem un esquema d’enrutament descentralitzat que fa servir la projecció TSVD de l’estructura mesoscòpica de la xarxa com a mapa. Els resultats mostren que fent servir informació local podem guiar amb èxit en l’enrutament. Al Capítol 3 també avaluem la fiabilitat d’aquesta projecció davant el creixement de la xarxa. Els resultats indiquen que aquest mapa és robust i no necessita actualitzacions contínues. D’altra banda, la creixent demanda d’ample de banda és un factor potencial per produir congestió. Al Capítol 5 estenem un esquema d’enrutament dinàmic en el context de les xarxes multiplex, i l’analitzem amb xarxes sintètiques amb diferents assortativitats d’acoblament. Els resultats mostren que tenir en compte el volum de trànsit en l’enrutament retarda l’inici de la congestió. Tot i això, la distribució uniforme del trànsit produeix una transició de fase abrupta. Amb tot, l’acoblament assortatiu es presenta com la millor opció per a dissenys de xarxes òptimes. El segon bloc ve motivat per l’actual crisi financera mundial. Al Capítol 6 proposem estudiar la propagació de les crisis econòmiques utilitzant un model simple de xarxa formada per oscil·ladors integrate-and-fire, i caracteritzar la seva sincronització durant l’evolució de la xarxa de comerç. Els resultats mostren l’aparició d’un procés de globalització que dilueix les fronteres topològiques i accelera la propagació de les crisis financeres. / Las redes complejas han demostrado ser una herramienta muy valiosa para estudiar sistemas reales, en parte, gracias a la creciente capacidad de computación. En esta tesis abordamos computacionalmente varios problemas divididos en dos bloques. El primer bloque está motivado por los problemas que plantea la rápida evolución de Internet. Por un lado, el crecimiento exponencial de la red está comprometiendo su escalabilidad por las dependencias a las tablas de enrutado globales. En el Capítulo 4 proponemos un esquema de enrutamiento descentralizado que utiliza la proyección TSVD de la estructura mesoscópica de la red como mapa. Los resultados muestran que utilizando información local podemos guiar con éxito el enrutado. En el Calítulo 3 también evaluamos la fiabilidad de esta proyección bajo cambios en la topología de la red. Los resultados indican que este mapa es robusto y no necesita actualizaciones continuas. Por otra parte, la creciente demanda de ancho de banda es un factor potencial de congestión. En el Capítulo 5 extendemos un esquema de enrutamiento dinámico en el marco de las redes multiplex, y lo analizamos en redes sintéticas con distintas asortatividades de acoplamiento. Los resultados muestran que tener en cuenta el volumen de tráfico en el enrutado retrasa la congestión. Sin embargo, la distribución uniforme del tráfico produce una transición de fase abrupta. Además, el acoplamiento asortativo se presenta como la mejor opción para diseños de redes óptimas. El segundo bloque viene motivado por la actual crisis financiera mundial. En el Capítulo 6 proponemos estudiar la propagación de las crisis económicas utilizando un modelo simple de red formada por osciladores integrate-and-fire, y caracterizar su sincronización durante la evolución de la red de comercio. Los resultados muestran la aparición de un proceso de globalización que diluye las fronteras topológicas y acelera la propagación de las crisis financieras. / Complex networks are a powerful tool to study many real systems, partly thanks to the increasing capacity of computational resources. In this dissertation we address computationally a broad scope of problems that are framed in two parts. The first part is motivated by the issues posed by the rapid evolution of the Internet. On one side, the exponential growth of the network is compromising its scalability due to dependencies on global routing tables. In Chapter 4 we propose a decentralized routing scheme that exploits the TSVD projection of the mesoscopic structure of the network as a map. The results show that, using only local information, we can achieve good success rates in the routing process. Additionally, Chapter 3 evaluates the reliability of this projection when network topology changes. The results indicate that this map is very robust and does not need continual updates. On the other side, the increasing bandwidth demand is a potential trigger for congestion episodes. In Chapter 5 we extend a dynamic traffic-aware routing scheme to the context of multiplex networks, and we conduct the analysis on synthetic networks with different coupling assortativity. The results show that considering the traffic load in the transmission process delays the congestion onset. However, the uniform distribution of traffic produces an abrupt phase transition from free-flow to congested state. Withal, assortative coupling is depicted as the best consideration for optimal network designs. The second part is motivated by the current global financial crises. Chapter 6 presents a study on the spreading of economic crises using a simple model of networked integrate-and-fire oscillators and we characterize synchronization process on the evolving trade network. The results show the emergence of a globalization process that dilutes the topological borders and accelerates the spreading of financial crashes.

El objetivo de esta Tesis es conocer el estado en que se encuentra la enseñanza de la Física en seis universidades de la Región Norte de la República Dominicana que imparten clases de Física a los estudiantes de diferentes carreras académicas, frente a la eventual innovación tecnológica del proceso enseñanza-aprendizaje. Este objetivo se desglosa en: conocer las características generales, las aptitudes y las actitudes de los estudiantes que están cursando alguna materia de Física, de los profesores de Física y de los directores de departamentos de Física o equivalentes, respecto a la disponibilidad, la valoración y el uso de las TIC (tecnologías de la información y la comunicación) actualmente, en el área de la Física y en el futuro; hacer el estudio comparativo de la actitudes de los estudiantes, profesores y directores; conocer la opinión de los directores de departamentos sobre el estado actual de la integración de las TIC, capacitación de los profesores de Física en el uso de la tecnología educativa, y los plantes estratégicos de la innovación en la enseñanza de la Física para el futuro. El tipo de investigación se define completamente como descriptivo, destacándose su carácter exploratorio: se pretendió conocer la realidad estudiada, ver posibles asociaciones estadísticas entre las variables estudiadas, sin pretender - en el marco de esta investigación - interpretar, ni explicar, ni transformar la realidad estudiada. Tomando en cuenta los posibles proyectos de innovación cuya factibilidad pueda derivar del presente estudio, se podría calificar esta investigación como de diagnóstico. Antes de realizar el trabajo de campo, se ha realizado un estudio bibliográfico sobre el estado actual de las TIC en la educación general y también, más específicamente, en la enseñanza de la Física. Se ha analizado las condiciones previas para la realización de los proyectos de innovación tecnológica de los procesos de enseñanza-aprendizaje. Esta revisión ha determinado las variables de estudio y los mecanismos de recolección de datos, que se emplearon en la investigación. Los instrumentos de medida han sido tres encuestas aplicadas a los estudiantes, profesores y directores de departamentos. Tomando en cuenta el número reducido de los profesores y los directores de departamentos, las encuestas correspondientes se han aplicado a la totalidad de sus universos. En caso de los estudiantes se ha seleccionado una muestra estadísticamente justificada. En caso de los directores de departamentos, a causa de la ausencia total de investigaciones previas sobre el tema del estudio, se han usado algunas preguntas abiertas en el cuestionario correspondiente con el fin de conocer el mayor número posible de detalles. A la hora del análisis, estas preguntas abiertas han sido categorizadas. Los resultados obtenidos han sido procesados con la ayuda del paquete estadístico SYSTAT versión 11.0. Las frecuencias de las variables y sus asociaciones estadísticamente relevantes se presentan en forma de 132 tablas y 172 gráficos con los análisis correspondientes. Las conclusiones detalladas que se han hecho en relación con los objetivos específicos declarados en la Tesis, se pueden resumir en lo siguiente: el nivel de acceso a las TIC en las universidades estudiadas es aceptable tanto en el caso de los estudiantes como en el caso de los profesores de Física; tanto los estudiantes como los profesores tienen aptitudes informáticas generales aceptables para introducirse en posibles proyectos de la innovación tecnológica, destacándose sin embargo la falta marcada de preparación en cuanto a las tecnologías educativas de parte de los profesores; la actitud muy positiva de los estudiantes respecto a la importancia de las TIC para sus carreras académicas y la alta disposición de los profesores para la participación en los proyectos futuros, también hace pensar que la innovación sería activamente apoyada por los dos grupos; la percepción de los estudiantes, profesores y directores sobre la disponibilidad de las TIC en el futuro y alto grado de valoración de las TIC en las tres muestras, son actitudes favorables para el eventual proceso de la innovación; las universidades estudiadas carecen de mecanismos adecuados de trazar estrategias para la innovación tecnológica y para la evaluación pedagógica del equipo tecnológico educativo. Las recomendaciones en forma resumida: crear planes de entrenamiento de los profesores en programas educativos; extender el estudio de las condiciones para la innovación tecnológica a otras áreas de la enseñanza y a otras universidades del país; crear un mecanismo de asesoramiento a las universidades dominicanas en las estrategias de innovación tecnológica y en la evaluación del equipo tecnológico educativo. / The objective of this Thesis is to know the state in which is the education of the Physics in six universities of the North Region of the Dominican Republic which they give classes of Physics to the students of different academic races, as opposed to the possible technological innovation of the process education-learning. This objective is detached in: to know the characteristics, the aptitudes and the attitudes of the students general who are attending some matter of Physics, the professors of Physics and the directors of equivalent departments of Physics or, with respect to the availability, the valuation and the use of the ICT (Information and Communications Technology) at the moment, in the area of the Physics and the future; to make the study comparative of the attitudes of the students, professors and directors; to know the opinion the directors of departments on the present state of the integration of the ICT, qualification of the professors of Physics in the use of the educat ive technology, and you plant them strategic of the innovation in the education of the Physics for the future. The type of investigation is defined completely as descriptive, standing out its exploratory character: it was tried to know the reality studied, to see possible statistical associations between the studied variables, without trying - within the framework of this investigation - to interpret, neither to explain, nor to transform the studied reality. Taking into account the possible projects from innovation whose feasibility can derive from the present study, this investigation could be described like of diagnosis. Before making the work of field, it has been made bibliographical study on the present state of the ICT in the general education and also, more specifically, in the education of the Physics. One has analyzed the previous conditions for the accomplishment of the projects of technological innovation of the education-learning processes. This revision has determined the variables of study and the mechanisms of data collection that was used in the investigation. The measurement instruments they have been three surveys applied to the students, professors and directors of departments. Taking into account the reduced number of the professors and the directors of departments, the corresponding surveys have been applied to the totality of their universes. In case of the students a sample statistically justified has been selected. In case of the directors of departments, because of the total absence of previous investigations on the subject of the study, some questions opened in the corresponding questionnaire with the purpose of knowing the greater number possible of details have been used. To the hour of the analysis, these open questions have been categorized. The obtained results have been process with the aid of statistical package SYSTAT version 11.0. The statistically excellent frequencies of the variables and their associations appear in form of 132 tables and 172 graphs with the corresponding analyses. The detailed conclusions that they have become in relation to the declared specific objectives in the Thesis, can be summarized in the following thing: the level of access to the ICT in the studied universities is acceptable as much in the case of the students as in the case of the professors of Physics; as much the students as the professors have acceptable general computer science aptitudes to introduce themselves in possible projects of the technological innovation, standing out nevertheless the marked lack of preparation as far as the educative technologies from the professors; the very positive attitude of the students with respect to the importance of the ICT for its academic races and the high disposition of the professors for the participation in the future projects, also makes think that the innovation actively would be supported by both groups; the perception of the students, professors and directors on the availability of the ICT in the future and stop degree of valuation of the ICT in the three samples, is favorable attitudes for the possible process of the innovation; the studied universities lack suitable mechanisms to draw up strategies for the technological innovation and the pedagogical evaluation of the educative technological equipment. The recommendations in summarized form: to create plans of training of the professors in educative programs; to extend the study of the conditions for the technological innovation to other areas of education and other universities of the country; to create a mechanism from advising to the Dominican universities in the strategies of technological innovation and the evaluation of the educative technological equipment.

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i CERN / The 4th of July 2012 was a milestone date in the history of physics of the last decades. The discovery of the Higgs boson at the ATLAS and CMS experiments thanks to the proton collisions delivered by the LHC not only has provided the missing piece of the Standard Model of particle physics, but most probably, it has opened the door to new physics that remains still hidden today. In order to go beyond in the understanding of the very deep laws of nature, new and more precise experiments are required. One of the alternatives that can unravel these mysteries is the $e^+e^-$ linear collider, being the CLIC~(Compact Linear Collider) and the ILC~(International Linear Collider) the two referents today. These two machines will collide bunches of electrons and positrons of the order of nanometers transverse size to ensure a high quantity of events during bunch crossing. To reach such small beam sizes, a very strong focusing of the beam is required by means of magnetic lenses. This strong focusing together with the fact that particles inside a bunch have slightly different energies from the nominal energy, makes that each particle is focalized into a different point. Effectively, this effect is translated into a beam size increase and it is called chromaticity. This effect must be corrected in order to reach an acceptable collision rate. The Final Focus System~(FFS) comprises the task to focalize the beam at the Interaction Point~(IP) and to correct chromaticity. There are two main concepts that carry out this task: the so called traditional or dedicated chromatic correction system and the local chromatic correction system. In this thesis both systems are compared in terms of luminosity performance and how the systems are affected when alignment errors are introduced in the different components of the FFS. We demonstrate that, at high energies, an optimized non-local FFS despite of being longer, is faster to tune and therefore, can deliver more integrated luminosity. The results of these studies have been published on Physical Review Special Topics Accelerators and Beams. The possibility of reducing the horizontal $\beta$-function for CLIC at 500 GeV center of mass energy has also been explored. This option would allow a luminosity increase or it would also allow to reduce the bunch charge while keeping the same luminosity. Finally, some studies concerning the optimization of the ILC FFS have been done, including the possibility of implementing the traveling focus scheme and the option of using the CLIC FFS lattice as ILC FFS has been considered showing the advantages / La data del 4 de Juliol del 2012 quedará marada per sempre a la història de la física com una de les més importants de les darreres dèades. El descobriment del bosó de Higgs als experiments ATLAS i CMS mitjançant col.lisions al LHC ha permés col.locar la peça que faltava al Model Estàndard de la física decpartícules però al seu torn, ha obert la porta o trobar nova física que encara avui roman desconeguda. Per tal d'anar més enllà en la comprensió de les lleis fonamentals de la natura, es requereixen experiments encara més precisos que els actuals. Una de les alternatives que podria desvetllar aquests misteris són els colisionadors lineals, entre els quals destaquen CLIC (Compat Linear Collider) i ILC (International Linear Collider). Aquestes futures màquines col.lisionaran dos feixos d'electrons i positrons agrupats en paquets del tamany del nanòmetre per tal de produir una quantitat molt gran de col.lisions per segon. Per tal d'assolir tamanys tan sumament petits, es requereix una forta focalització mitjançant camps magnètics. Però també degut a aquesta forta focalització, i degut a que les partícules de cada paquet tenen una energia que es desvia lleugerament de l'energia nominal, cadascuna d'aquestes partícules es focalitzacen un punt diferent al punt d'interacció. Aquest fet es tradueix en un increment efectiu del tamany del feix al punt de col.lisió. Aquest efecte, anomenat romaticitat, s'ha de corregir per tal de no reduir el nombre de col.lisions per sota del nivell acceptable. El sistema de focalitzaió final (FFS, de l'anglès Final Focus System) s'encarrega de crear aquesta forta focalització a la vegada que es corregeix la romatiitat del feix. Hi ha dos sistemes principals diferenciats que duen a terma aquesta tasca: l'anomenat sistema de correcció dedicat o tradicional i l'anomenat sistema de correcció local. En aquesta tesis es compara l'efectivitat de cada sistema per CLIC a 3 TeV i 500 GeV d'energia al entre de masses, en termes de luminositat i om es veuen afectats pels diferents errors associats a l'aliniació de tots els components que conformen el FFS. També s'explora l'opció de reduir la funció β horitzontal al punt d'interacció per a CLIC a 500 GeV d'energia al centre de masses. Aquesta opció permetria o bé augmentar la luminositat del sistema o bé reduir la càrrega del feix mantenint la mateixa luminositat. Finalment també es msotren alguns estudis d'optimització del FFS realitzats per ILC, incloent la possibilitat d'introduir un traveling focus mitjançant crab cavities i també es considera emprar el disseny del FFS de CLIC per a ILC i es comparen les avantatges i desavantatges d'ambdós sistemes.

The aim of this work has been the design and demonstration of refractive devices, not only for acoustic waves, but also for flexural waves in thin plates. Mathematically these problems have been treated by means of the multiple scattering theory, because the geometries of the problems were mainly circular and such theory is the best one in these cases. The multiple scattering theory, previously stated, is here explained. Additionally, a multilayer scattering theory for flexural waves is here introduced and successfully used to numerically simulate their behavior. Therefore, this PhD thesis is divided in two parts. The first part is devoted to describe two acoustic refractive devices: a gradient index lens and an omnidirectional broadband acoustic absorber, or “acoustic black hole”. Both are based on sonic crystals consisting of of rigid cylinders immersed in a fluid background. As the homogenization method states, the desired refractive index can be obtained by tailoring the radii of the cylinders. Thereafter, numerical simulations and measurements were conducted to test the behavior of each device. For this purpose, two specific measuring systems were developed: the two-dimensional chamber and the impedance chamber. Both are here explained in detail. The second part describes the design of refractive devices for flexural waves. Instead of using “platonic crystals”, we made use of the peculiar dispersion relationship of flexural waves. As the equation states, the wave speed is modified not only by the elastic properties of the plate, but also from its thickness. Using the latest approach a set of numerical simulations of known circularly symmetrical gradient index lenses have been performed. Additionally, an omnidirectional broadband insulating device for flexural waves has been designed. It consist of a well-like thickness profile in an annular region of the plate, that mimics the combination of an attractive and repulsive potentials. The waves are focused at its bottom and dissipated by means of an absorptive layer placed on top. Numerical simulations are here presented and discussed. Finally, we present an in-plane flexural resonator, consisting of a hole in a thin plate traversed by a beam. Here, a closed form of the transfer matrix is obtained by coupling the Kirchhoff-Love and the Euler-Bernoulli motion equations. Numerical simulations, tested against a commercial finite element simulator, prove its efficiency / Climente Alarcón, A. (2015). Refractive devices for acoustical and flexural waves [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48536