Collected papers where problems involving non-relativistic systems are solved by means of a proper Effective Field Theory. Those problems include the calculation of the lifetime of pionium, the lepton finite mass corrections from vacuum polarization to non-relativistic bound state energies and wave function at the origin, the analysis of the Nucleon-Nucleon OPE (one pion exchange) interactions from a renormalization point of view and heavy quarkonia P-wave hadronic decays. / Aquesta tesi presenta un recull de publicacions on problemes relatius a sistemes no relativistes són adreçats mitjançant l'apropiada EFT (Effective Field Theory). Entre les esmentades aplicacions s'inclou el càlcul de la vida mitjana del pionium, correccions a les energies d'estats lligats i funció d'ona a l'origen degudes a la massa finita del leptó en la polarització del buit, l'anàlisi de la interacció OPE (one pion exchange) des del punt de vista de la seva renormalització i, finalment, decaiments hadrònics d'ones P en "heavy quarkonia".

de la tesi En aquest treball es presenta un estudi de l'3He a temperatura zero combinant les tècniques de Monte Carlo variacional (VMC) i la difusiva (DMC) amb nodes fixos (FN) i relaxació dels nodes (RN). L'estudi comença amb una presentació de les característiques de l'heli i una revisió històrica tant del seu estudi com de les tècniques de Monte Carlo.La primera part del treball exposa en detall els mètodes de càlcul emprats. Es fa un repàs dels mètodes variacional i difusiu així com de l'aplicació de condicions periòdiques de contorn i de la tècnica emprada per a calcular estimadors purs. Es proposa un càlcul de les cues que proporciona un valor final de l'energia molt proper a la del sistema vertaderament infinit. Això permet obtenir resultats numèrics pràcticament independents del nombre de partícules emprades en la simulació. A més, amb l'ús de la tècnica combinada FN-RN, es te una mesura de la proximitat al resultat exacte del valor FN trobat.L'estudi variacional de l'3He tridimensional ocupa la segona part de la tesi. En ella s'analitza la influència sobre l'energia de cadascun dels mecanismes de correlació emprats, i es comparen amb altres resultats ja existents a la literatura. En destaca l'optimització de la funció de backflow, que condueix a uns resultats clarament millors. Es presenta també una anàlisi VMC en la que es valora la introducció de nous mecanismes de correlació a la funció d'ona, mostrant que la introducció de correccions d'ordre superior al backflow són irrellevants. Els resultats d'aquesta part, fàcilment comparables amb dades experimentals, serveixen com a banc de prova per als programes que seran adaptats després al sistema bidimensional.La tercera part del treball s'ocupa del sistema d'3He bidimensional infinit en absència de qualsevol substrat de suport. Amb el mètode DMC es calcula l'equació d'estat del sistema a polarització variable, i s'avaluen els efectes que té en cadascun d'ells les interaccions de backflow. Els resultats mostren que el sistema no posseeix cap estat auto-lligat. Es calcula després el sistema a polarització variable i se'n analitzen algunes propietats físiques. Els valors obtinguts de la susceptibilitat magnètica apunten l'existència d'una transició de fase magnètica a polaritzacions de l'orde del 50%.

En el estudio de la fusión por confinamiento magnético es crucial conocer con detalle las condiciones físicas del plasma confinado. En este sentido los códigos de simulación son una herramienta muy útil para interpretar las propiedades del plasma. A lo largo de esta tesis se ha estudiado las propiedades del plasma de tokamaks y stellarators y se ha contribuido al desarrollo del código de transporte PRETOR, creado en el JET. Estos estudios se han realizado dentro de la colaboración existente entre el DFEN de la UPC y el Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT.El código PRETOR permite simular la variación radial y la evolución temporal de las principales magnitudes físicas de un plasma de fusión. Para valorar la bondad de los modelos implementados en el código y determinar la corrección de sus resultados los resultados de la simulación de las magnitudes más relevantes de diversas descargas se comparan con los datos experimentales. De esta comparación se deduce que las magnitudes simuladas presentan un buen acuerdo con los datos experimentales aunque debe destacarse que los errores experimentales son bastante grandes y no siempre están disponibles.En el desarrollo de esta tesis también se ha aplicado el código PRETOR para el estudio de la parada de emergencia de ITER-DDR, con 1500 MW de potencia de fusión funcionando en un estado estacionario en ignición. Se ha estudiado con detalle la evolución del plasma durante una parada implementada mediante la interrupción del suministro de combustible. Este método se muestra efectivo para reducir la potencia de fusión en unas decenas de segundos evitando una disrupción del plasma en todo el escenario.Se han realizado diversas modificaciones en el código para hacerlo más versátil y adaptarlo a las necesidades específicas que han ido surgiendo. La modificación más destacada es la incorporación a PRETOR de una rutina más elaborada que la inicialmente implementada en el código para el cálculo de la deposición de potencia adicional por inyección de haces neutros.En los últimos años la investigación de stellarators ha adquirido una creciente importancia debido a las ventajas que presentan este tipo de dispositivos. Además hay que destacar que el programa de fusión por confinamiento magnético español se centra en el Heliac Flexible TJ-II de la asociación EURATOM-CIEMAT. Por estos motivos y para disponer de un código que sea capaz de simular descargas de stellarators, PRETOR ha sido modificado de forma substancial para crear la versión PRETOR-Stellarator. Esta modificación del código presenta un aspecto inédito de la tesis en el ámbito internacional.Los módulos que han sido adaptados afectan a la configuración magnética, al transporte de energía y partículas y a la geometría del plasma. Una vez modificado el código, éste se ha aplicado al análisis del plasma de Heliac Flexible TJ-II. El objetivo de este estudio es comprobar que las modificaciones introducidas en PRETOR permiten simular correctamente descargas de stellarators. Los resultados obtenidos con PRETOR se comparan con los obtenidos con el código PROCTR, un código utilizado en el CIEMAT para el estudio del TJ-II y de otros stellarators.Los resultados demuestran que los perfiles de temperatura se reproducen correctamente, estos resultados son similares a los obtenidos con PROCTR. Los valores experimentales de la potencia radiada y de la energía almacenada en el plasma han sido satisfactoriamente predichos mediante la simulación de PRETOR-Stellarator.El camino abierto por esta tesis permitirá ahondar en el estudio del plasma del heliac flexible TJ-II, el código está disponible para utilizarse en este dispositivo e incorporar nuevas modificaciones para adaptarlo a las necesidades que vayan apareciendo. / In the study of the fusion by magnetic confinement it is crucial to know the physical behaviour of the confined plasma with detail. In this sense the simulation codes are a very useful tool to analyse the properties of the plasma. Throughout this thesis the properties of the plasma of tokamaks and stellarators has been studied and the transport code PRETOR, created in the JET, has been developed. These studies have been developed within the existing collaboration between the DFEN in the UPC and the Laboratorio Nacional de Fusión of the CIEMAT.The PRETOR code allows the simulation of the radial variation and the temporal evolution of the main physical magnitudes of a fusion plasma. The results of the simulation of the most important magnitudes of diverse shots are compared with the experimental data in order to evaluate the goodness of the models implemented in the code and to determine the correction of their results. From this comparison it's deduced that the simulated magnitudes present a good agreement with the experimental data although it must be stand out that the experimental errors are quite large and they not always are available.In the development of this thesis the code PRETOR has also been applied to the study of the shutdown emergency of ITER-DDR, with 1500 MW of fusion power operating in an ignition stationary state. The evolution of the plasma has studied with detail during the shutdown implemented by means of the interruption of the fuel injection. This method is effective to reduce the fusion power in tens of seconds avoiding a plasma disrupción in all the scenarios. Several modifications have been made in the code in order to make it more versatile and to adapt it to the specific arisen necessities. The most outstanding modification is the incorporation to PRETOR of more complex routine than that initially implemented in the code for the calculation of the additional power deposition by neutral beam injection.In the last years the investigation of stellarators has acquired an increasing importance due to the advantages that this type of devices presents. Besides it is necessary to emphasise that the Spanish program of fusion by magnetic confinement is focused in Flexible Heliac TJ-II in the asociación EURATOM-CIEMAT. For these reasons and in order to have a code able to simulate stellarators shots, PRETOR has been modified of substantial form to create the PRETOR-Stellarator version. This modification of the code presents an new aspect of the thesis in the international scope.The modules that have been adapted affect to the magnetic configuration, the transport of energy and particles and to the plasma geometry. Once the code has been modified, it has been applied to the analysis of TJ-II Flexible Heliac plasmas. The objective of this study is to verify that the modifications introduced in PRETOR allow to simulate correctly stellarators discharges. The results obtained with PRETOR are compared with that ones obtained with PROCTR code, a code used in the CIEMAT for the study of the TJ-II and others stellarators.The results demonstrate that the temperature profiles are reproduced correctly, these results are similar to the obtained ones with PROCTR. The experimental values of the radiated power and the stored energy in the plasma have been predicted satisfactorily by means of the simulation with PRETOR-Stellarator.The way open by this thesis will allow studying in depth the plasma of TJ-II flexible heliac, the code is available to be used in this device and to incorporate new modifications to adapt it to the necessities that will appear.

The understanding and modelling of heat and radiation transport in tokamak plasmas is essential in order to progress in the development of thermonuclear fusion towards a practical energy source which meets all the future needs of environment, safety, and fuel inexhaustibility. This activity enables prospective studies and design to be carried out for next step tokamaks. Due to the complexity of the exact calculation, synchrotron losses are usually estimated in such studies, with expressions derived from a plasma description using simplifying assumptions on the geometry, radiation absorption, density and temperature profiles. In this thesis, a complete formulation of the transport of synchrotron radiation is performed for realistic conditions of toroidal plasma geometry with elongated cross-section, using a precise method for the calculation of the absorption coefficients, and for arbitrary shapes of density and temperature profiles. In particular, this formulation is able to describe plasmas with arbitrary aspect ratios and with temperature profiles obtained in internal transport barrier regimes, which cannot be described accurately with the present expressions. As an illustration, we show that in the case of an advanced high-temperature plasma envisaged for a steady state D-T commercial reactor, synchrotron losses represent approximately 20% of the total losses. Considering the quantitative importance of the above effects and the significant magnitude of synchrotron losses in the thermal power balance of a D-T tokamak reactor plasma, a new fit for the fast calculation of the synchrotron radiation loss is proposed. Using this improved model in the thermal balance, prospective and sensitivity studies are performed for future tokamak projects, and the key issues which limit the performance are isolated. It is shown that, the most restrictive constraint for achieving higher plasma performance is the peak heat flux on the divertor plates. In non-inductive steady-state operation, advanced tokamak regimes are required to achieve relevant thermonuclear plasma performance for next step tokamaks and for a commercial reactor. In the frame of a multi-step strategy towards a commercial reactor, a superconducting next step tokamak compatible with the European budget possibilities is optimized. Considering both the plasma physics and the magnetic system technology and for a given aspect ratio, the smallest machine meeting the physical and technological requirements is determined. In a steady state tokamak commercial reactor, we show that there is an optimal value for the confinement enhancement factor which maximizes the plasma performance, for a given and also for the highest electrical power into the network. This highest electrical power meeting the stability requirements steadily decreases with the confinement enhancement factor. This effect is crucial because both a high plasma performance and a high enough electrical power into the network are required to minimize the cost of electricity, and consequently to make fusion energy more competitive.

Certes malalties neurològiques estan associades amb problemes en els sistemes de neurotransmissió. Una aproximació a l'estudi d'aquests sistemes és la tomografia d'emissió SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) com a tècnicano-invasiva que proporciona imatges funcionals representatives de l'activitat neuronal. Aquesta tècnica permet la visualització i l'anàlisi de diferents òrgans i teixits dins l'àmbit de la Medicina Nuclear.Malgrat que la inspecció visual de la imatge a vegades és suficient per establir el diagnòstic, la quantificació dels paràmetres de la imatge reconstruida poden millorar la fiabilitat i exactitud del diagnòstic precoç de la malaltia. En particular, la quantificació d'estudis de neurotransmissors de dopamina pot ajudar a detectar els estadis inicials de malalties com el Parkinson. Així mateix, la quantificació permet un seguiment més acurat de l'evolució de la malaltia i una evaluació dels efectes de la terapèutica aplicada.La quantificació es veu afectada pels efectes degradants de la imatge com són el soroll estadístic, la resposta del sistema col.limador/detector i l'efecte de dispersió i/o atenuació dels fotons en la seva interacció amb la matèria. Alguns d'aquests efectes poden ser corregits mitjançant l'ús d'algoritmes de reconstrucció iteratius.L'objectiu d'aquesta tesi és aconseguir una quantificació tant absoluta com relativa dels valors numèrics de la imatge reconstruida de manera que reprodueixin la distribució d'activitat real del pacient en el moment de l'adquisició de l'estudi de SPECT. Per aconseguir-ho s'han desenvolupat diferents codis i algoritmes per millorar els mètodes de reconstrucció existents i validar-ne els seus resultats.La validació i millora dels algoritmes s'ha basat en l'ús de tècniques de simulació Monte Carlo. S'han analitzat els diferents codis Monte Carlo disponibles en l'àmbit de la Medicina Nuclear i s'ha escollit SimSET. La interpretació dels resultats obtinguts i la comparació amb els resultats experimentals ens van dur a incorporar modificacions en el codi original. D'aquesta manera vam obtenir i validar SimSET com a generador d'estudis de SPECT a partir de pacients i objectes virtuals.La millora dels algoritmes es va basar en la incorporació de models analítics de la resposta del sistema col.limador/detector. La modelització del sistema es va implementar per diferents configuracions i energies de la font amb la utilització del codi Monte Carlo PENELOPE. Així mateix es va dissenyar un nou algoritme iteratiu que incorporés l'efecte 3D del sistema i es va tenir en compte la valoració de la imatge en tot el seu volum.Finalment, es va proposar una correcció de l'scattering utilitzant el simulador SimSET modificat per tal d'accelerar el procés de reconstrucció. Els valors reconstruits de la imatge ens han permès recuperar més d'un 95\% dels valors originals, permetent per tant la quantificació absoluta de les imatges de SPECT. / Many forms of brain diseases are associated with problems in the neurotransmission systems. One approach to the assessment of such systems is the use of Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) brain imaging. Neurotransmission SPECT has become an important tool in neuroimaging and is today regarded as a useful method in both clinical and basic research. SPECT is able to non-invasively visualize and analyze different organs and tissues functions or properties in Nuclear Medicine.Although visual inspection is often sufficient to assess neurotransmission imaging, quantification might improve the diagnostic accuracy of SPECT studies of the dopaminergic system. In particular, quantification of neurotransmission SPECT studies in Parkinson Disease could help us to diagnose this illness in the early pre-clinical stages. One of the main research topics in SPECT is to achieve early diagnosis, indeed preclinical diagnosis in neurodegenerative illnesses. In this field detailed analysis of shapes and values of the region of interest (ROIs) of the image is important, thus quantification is needed. Moreover, quantification allows a follow-up of the progression of disease and to assess the effects of potential neuroprotective treatment strategies. Therefore, the aim of this thesis is to achieve quantification of both the absolute activity values and the relative values of the reconstructed SPECT images.Quantification is affected by the degradation of the image introduced by statistical noise, attenuation, collimator/detector response and scattering effects. Some of these degradations may be corrected by using iterative reconstruction algorithms, which thus enable a more reliable quantification. The importance of correcting degradations in reconstruction algorithms to improve quantification accuracy of brain SPECT studies has been proved.Monte Carlo simulations are the --gold standard' for testing reconstruction algorithms in Nuclear Medicine. We analyzed the available Monte Carlo codes and we chose SimSET as a virtual phantom simulator. A new stopping criteria in SimSET was established in order to reduce the simulation time. The modified SimSET version was validated as a virtual phantom simulator which reproduces realistic projection data sets in SPECT studies.Iterative algorithms permit modelling of the projection process, allowing for correction of spatially variant collimator response and the photon crosstalk effect between transaxial slices. Thus, our work was focused on the modelling of the collimator/detector response for the parallel and fan beam configurations using the Monte Carlo code PENELOPE. Moreover, a full 3D reconstruction with OS-EM algorithms was developed.Finally, scattering has recognized to be one of the most significant degradation effects in SPECT quantification. Nowadays this subject is an intensive field of research in SPECT techniques. Monte Carlo techniques appear to be the most reliable way to include this correction. The use of the modified SimSET simulator accelerates the forward projection process although the computational burden is already a challenge for this technique.Full 3D reconstruction simultaneously applied with Monte Carlo-based scattering correction and the 3D evaluation procedure is a major upgrade technique in order to obtain valuable, absolute quantitative estimates of the reconstructed images. Once all the degrading effects were corrected, the obtained values were 95\% of the theoretical values. Thus, the absolute quantification was achieved.