Este trabalho teve como objetivo validar uma ferramenta computacional para a realização de simulações da interação de elétrons e da radiação X com a matéria, utilizando o método de Monte Carlo para possíveis estudos em radiologia diagnóstica. Para esse propósito, foi desenvolvido um programa computacional que simula a produção de radiação de um equipamento de raios X, com a finalidade de obter a distribuição de energia dos fótons que alcançam uma determinada região de interesse, sem a necessidade de medições experimentais. Outra tarefa realizada neste trabalho foi o cálculo da resposta de um detector do tipo CdTe, para possibilitar a correção de espectros medidos com esse detector em experimentos na faixa de energia de radiodiagnóstico. A ferramenta computacional escolhida para essas aplicações foi o Geant4, que é um conjunto de programas de distribuição livre relativamente novo e que é utilizado para simulações da interação da radiação com a matéria. Um dos principais diferenciais do Geant4 é o emprego da tecnologia de programação orientada a objetos e de técnicas avançadas de engenharia de software. Os resultados da etapa de simulação de espectros de energia produzidos por um equipamento de raios X mostram que o Geant4 pode ser utilizado para esta aplicação, mas com ressalvas na simulação de espectros de raios X com alvos com molibdênio para a região de mamografia, que é a situação onde as diferenças dos rendimentos de raios X característicos dos espectros simulados com os seus respectivos espectros de referência são maiores. Na etapa de simulação da detecção da radiação X por um detector do tipo CdTe são apresentados resultados com excelente acordo com os dados de referência. As diferenças encontradas devem ser mais influenciadas pelos efeitos de armadilhamento de cargas e do comportamento do campo elétrico no interior do cristal do detector, que são específicos para este detector e não fazem parte dos modelos físicos fornecidos pelo Geant4. Desta forma, a validação do Geant4 realizada neste trabalho mostrou algumas das possibilidades de uso desta versátil ferramenta na área de radiologia diagóstica. / The aim of this work was the validation of a computational tool applied in simulations of electrons and X ray interactions with matter, using the Monte Carlo method for possible studies in diagnostic radiology. To perform this task, a computational program was developed to simulate the radiation production of a X ray equipment, with the purpose of obtaining the photon energy distribution which comprehends the region of interest, without the necessity of experimental measurements. Another task carried through in this work was the calculation of a CdTe detector response, which was used in the correction of measured spectra with energy distribution typically found in diagnostic radiology. The employed computational tool was Geant4, which is a free distribution set of computational programs used for simulation of the passage of particles through matter. One of the main differentials of Geant4 is the exploitation of advanced software-engineering techniques and object-oriented technology. The results of the simulation of energy spectra produced by a X ray equipment show that Geant4 can be used for this application, but with restrictions concerning the simulation of X ray spectra from molybdenum targets in the mammography energy range. This is the situation where the differences of the characteristic X ray yield between the simulated and reference spectra are more pronounced. For the simulation of X ray measurements with a CdTe detector, the results showed excellent agreement with the reference data. In this case the discrepancies must be originated mainly by effects of charge trapping and the nonuniformity of the electric field inside the CdTe crystal. In resume, the validation of the Geant4 carried through in this work showed some of the possibilities for the use of this versatile tool in diagnostic radiology.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06631.pdf: 7171449 bytes, checksum: 14579bbc0c3bfbe0058e6387b09d94f4 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 11109.pdf: 12432310 bytes, checksum: c0a31703a7116daea7b5d40b3ca371f2 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O material (pó) de nanofase de Ce0,9W0,1O2 foi sintetizado por coprecipitação de oxalatos de cério (IV) e cátions de tungstênio (IV). A redução da platina (2%) foi feita pelo método da redução por álcool, utilizando uma solução de ácido hexacloroplatínico (H2PtCl6.6H2O) como fonte do metal, óxido de cério dopado com tungstênio (Ce0,9W0,1O2) utilizado como suporte e, uma solução de etilenoglicol/água (75/25, v/v) como solvente e agente redutor. Os materiais 2%Pt-Ce0,9W0,1O2 foram misturados em Pt/C E-TEK 20%, utilizando-se processo de mistura física para produzir os eletrocatalisadores de 20%Pt-(2%Pt-Ce0,9W0,1O2)/C. Os eletrocatalisadores obtidos foram caracterizados por espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX) acoplado à microscopia eletrônica de varredura (MEV), análises de difração de raios X (DRX), e microscopia eletrônica de transmissão (MET). O conjunto eletrodos-membrana (MEAs) foram preparados para o ânodo com cargas iguais a 0,401, 0,364, 0,328 mg Pt cm-2 de eletrocatalisadores 20%Pt-(2%Pt-Ce0,9W0,1O2)/C produzidos. No cátodo foi usada uma carga de 0,4 mg Pt cm-2 de eletrocatalisador Pt/C ETEK. A polarização anódica foi realizada para oxidação de H2/CO (100 ppm de CO). A tolerância ao CO foi estudada utilizando o processo eletroquímico (stripping de CO e medidas de curvas de polarização). Os resultados obtidos mostraram que a oxidação de CO adsorvido a CO2 na superfície de platina ocorre em potenciais menos positivos mostrando tolerância ao CO adsorvido nestes eletrocatalisadores (20%Pt-(2%Pt-Ce0,9W0,1O2)/C (50:50, 60:40 e 70:30)) a uma temperatura de 85 ºC e com pressão absoluta de 2 bar para ânodo e cátodo, comparado com Pt/C E-TEK 20%. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Com a aprovação da Política Nacional de Resíduos Sólidos, a política de sustentabilidade tende ao reaproveitamento de resíduos, em seu ciclo ou destinação final ambientalmente adequada. Neste contexto, são apresentados neste trabalho, estudos do processo de separação de materiais metálicos e não metálicos encontrados em placas de circuito impresso de microcomputadores e a caracterização dos elementos químicos presentes. Para isto efetuou-se a trituração primária (moagem) das placas de circuito impresso, classificação granulométrica, separação de elementos metálicos e não metálicos utilizando separadores, magnético e eletrostático, separação gravimétrica com o uso de clorofórmio e bromofórmio. Para caracterização dos elementos metálicos e não metálicos, foram utilizadas as técnicas de Espectrometria de fluorescência de Raios X e Espectrometria de infravermelho. Os separadores eletrostático e eletromagnético não foram efetivos na separação de placas de circuito impresso para granulometrias inferiores a 9 Mesh. A separação dos elementos metálicos e não metálicos das amostras com granulometrias inferiores a 9 Mesh, teve eficiência parcial utilizando o clorofórmio, mas mostrou-se efetiva com a utilização do bromofórmio. Embora a separação gravimétrica, não tenha sido efetiva, as amostras foram caracterizadas. Para obter uma melhor separação dos elementos presentes na amostra de não metálicos, procedeu-se a trituração secundária (moagem) desta amostra, resultando na desagregação e separação efetiva. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:32:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 12889.pdf: 3125642 bytes, checksum: b56aa69cfba2da94049299248d6af43e (MD5) / Tese (Doutoramento) / IEA/T / University of London - Dept. of Chemistry

A dosimetria de pacientes associada à avaliação das condições de funcionamento dos equipamentos médicos e aos procedimentos empregados na realização dos exames, desempenha um papel fundamental no sistema de proteção radiológica das exposições médicas. Nesse sentido, foi realizado um levantamento em grande escala das doses recebidas pelos pacientes submetidos a exames radiológicos convencionais realizados em uma amostra representativa de estabelecimentos de saúde do estado de São Paulo. Nesse levantamento foi empregado um kit dosimétrico postal originalmente desenvolvido, que permitiu a determinação da dose de entrada na pele (DEP) através da técnica de dosimetria termoluminescente. Paralelamente foram realizadas visitas in-loco a uma sub-amostra de estabelecimentos, onde as condições de funcionamento dos equipamentos de raios X médicos e do sistema de imagem foram avaliadas empregando-se procedimentos e equipamentos já estabelecidos em protocolos de controle de qualidade. O estudo completou-se com a elaboração de um catálogo de espectros na faixa de energia do radiodiagnóstico, que, através de procedimento desenvolvido, permitiu inferir espectros equivalentes em equipamentos médicos. Na determinação dos espectros foi empregado um detector semicondutor de telureto de cádmio e zinco (CdZnTe), cujas curvas de eficiência e escape foram determinadas experimentalmente para realização do processo de correção dos espectros (stripping procedure). O processo de amostragem de estabelecimentos de saúde realizado neste estudo permitiu verificar a distribuição de equipamentos de diagnóstico por imagem e a freqüência de exames radiológicos no estado de São Paulo. A partir desses resultados foram escolhidos os exames de tórax, crânio (e seios da face) e coluna para avaliação de DEP, uma vez que os mesmos apresentam as maiores freqüências anuais de exames por 1.000 habitantes: 100, 46 e 29, respectivamente. Na técnica de amostragem dos estabelecimentos de saúde incluídos neste estudo foi empregado como critério de estratificação a quantidade anual de exames radiológicos associados ao município de localização do estabelecimento. Do total de 200 estabelecimentos sorteados, 50 participaram da primeira etapa e 38 da segunda. Um total de 83 salas de exames (ou equipamentos) e 868 pacientes foram incluídos, e um conjunto de 1415 valores de DEP foi determinado. O resultado da distribuição dos valores de DEP permitiu determinar os chamados níveis de referência, que, no caso de pacientes adultos, se mostraram bastante semelhantes aos encontrados em outros estudos internacionais. No caso de pacientes infantis, a situação é bem diferente, obtendo-se valores pelo menos 2 vezes superiores a outros recomendados internacionalmente para a radiografia infantil mais freqüente (tórax). Esse fato sugere que as práticas empregadas na realização dos exames devem ser revisadas e que recomendações específicas a esse grupo de pacientes, a partir de estudos dirigidos, sejam publicadas. Constatou-se também alguns casos de DEP elevada pelo uso desnecessário de radioscopia de localização. Os testes de desempenho dos equipamentos e a avaliação das imagens realizadas sugerem que há possibilidade de melhoria das condições de realização dos exames, sem perda de informação diagnóstica presente na imagem e com redução das doses. Alguns espectros de raios X determinados experimentalmente apresentaram divergência em relação a outros catálogos já estabelecidos, numa faixa específica de energia do espectro (entre 25 e 40 keV). Para a sua utilização em situações práticas há necessidade de algumas correções na curva de eficiência, o que não inviabiliza a metodologia e os procedimentos estabelecidos. De forma geral, os resultados encontrados neste estudo permitem traçar um panorama das exposições médicas em radiologia convencional no estado de São Paulo, contribuindo para o aperfeiçoamento de futuras pesquisas que sejam realizadas na área, ou mesmo, para a implementação de políticas públicas. / Patients dosimetry, associated with the assessment of the performance of the radiological equipment and of the series of procedures employed in the accomplishment of the examinations, plays fundamental role in the radiation protection system of medical exposures. Therefore, a large-scale survey of absorbed doses was carried out in health services localized in the state of São Paulo, including patients submitted to conventional radiological examinations. In this survey a postal dosimetric kit, originally developed, was employed. It allows the evaluation of the entrance surface dose (ESD) to patients with thermoluminescence dosimeters. Also a series visits to a sub-sample of services was carried out, giving rise to the in-loco evaluation of the performance of the medical x-ray equipment and of the image system, using procedures and equipments already established in protocols of quality control. The study is completed with the elaboration of a catalogue of x-ray spectra, which provides means to infer the spectra generated by medical x-ray equipments. Measurements of x-ray spectra were carried out with a cadmium zinc telluride detector (CdZnTe), and the stripping procedure was performed taking into account both the contributions of efficiency and x-ray escape fraction, experimentally determined in this work. The stratified sampling technique furnished important data on the distribution of equipments and the annual frequency of examinations performed in the state of São Paulo. From these results radiological examinations of the chest, skull and sinus, and spine were selected for the evaluation of ESD, as their annual frequencies are the highest observed: 100, 46 and 29 per thousand inhabitants, respectively. The number of x-ray examinations carried out annually in the cities of the state was employed as the stratification criterion to construct the sample. From a total of 200 health services sampled, 50 agreed to participate of the first stage, and 38 of the second. A total of 83 rooms (or x-ray equipments) and 868 patients was included, and a set of 1415 values of ESD was measured. Diagnostic reference levels were determined with the outcomes of the distribution of ESD. For adult patients, the reference levels achieved are very similar to others obtained in international surveys. However, as far as pediatric patients are concerned, the situation is very different: the values found in this survey are twice larger than the international recommendations to chest radiography of children. This points out that the practices need to be revised and that specific recommendations to this patient group, following specific surveys, should be provided. Also, a series of high ESD values due to unnecessary localizing radioscopy were detected among our data. The results of the equipment performance tests and of the evaluation of image quality suggest that it is possible to improve the conditions of the examinations and to reduce doses to patients, without impairment of the diagnostic information. Some of the experimentally determined x-ray spectra show a discrepancy, when compared to other catalogue spectra, in a particular energy range 25 to 40 keV. The practical application of them will require some corrections in the efficiency curve, but the established methodology and procedures remain legitimate. In an extensive approach, the results of this study supply a panorama of medical exposures in conventional radiology in the state of São Paulo, contributing with resources to future research in the field and also to governmental actions.

Orientadores: Abner de Siervo e Flavio Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-12T11:00:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_JoseJadsomSampaiode_M.pdf: 4194889 bytes, checksum: 489e23ac30c4fa90808ef2de00ae46d4 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Nanopartículas (NPs) metálicas, filmes ultrafinos e sistemas nano-estruturados têm motivado vários estudos teóricos e experimentais devido a novas propriedades eletrônicas, óticas e magnéticas destes materiais. Nas NPs, tais propriedades estão diretamente relacionadas aos efeitos de tamanho (size effect) e superfície, os quais afetam suas estruturas eletrônica e cristalográfica, concentrando um maior número de átomos na superfície em relação ao seu volume. Estudos recentes têm sugerido que alguns metais nobres sem nenhum tipo de ordenamento ferromagnético espontâneo podem apresentá-lo, mesmo a temperatura ambiente, quando segmentados em forma de nanopartículas. Exemplos desses metais são Au e Pd. Apesar dos esforços para provar a existência de comportamento ferromagnético nestes materiais, não existem medidas que demonstrem de forma não ambígua a polarização ferromagnética nos átomos de Pd. Na maioria dos trabalhos mostrados na literatura, o ferromagnetismo é quantificado por magnetometria SQUID. Faz-se necessário, portanto, verificar a existência de ferromagnetismo nestes materiais utilizando-se de técnicas elemento específicas, tais como XMCD (dicroísmo circular magnético de raios X). Esta técnica é muito importante para determinação quantitativa e seletiva dos momentos magnéticos de spin e orbital para cada elemento separadamente. O nosso trabalho se diferencia em relação a estes, pois ao invés de estudarmos cada elemento individualmente trabalhamos com nanopartículas do composto bimetálico Aux Pd1-x (x =0,00, 0,25, 0,50, 0,75) passivadas por tiol. Medidas de SQUID indicaram claramente um sinal magnético nestas nanopartículas, inclusive à temperatura ambiente. Neste trabalho apresentaremos os resultados preliminares da caracterização destas nanopartículas por medidas de SQUID, XANES, XPS, bem como XMCD nas bordas L2,3 do Pd e L3 do Au . Ressaltamos também, o desenvolvimento de uma instrumentação para medidas de XMCD em ambientes de UHV onde é possível submeter às amostras a altos campos magnéticos e condições de baixas temperaturas. Com base nos resultados obtidos discutiremos a possibilidade de ferromagnetismo nestas nanopartículas e sua origem. / Abstract: Metallic Nanoparticles (NP's), ultra-thin films and nano-structured systems have motivated several theoretical and experimental works because of their new electronic optical and magnetic properties of these materials. In NP's, such properties are directly related to the size and surface effects, which affect its electronic and crystallographic structures, by concentrating a larger number of atoms on the surface in relation to their volume. Recent studies have suggested that some noble metals without any kind of spontaneous ferromagnetic order can exhibit it, even at room temperature, when segmented as nanoparticles. Examples of these metals are Au and Pd. Despite the efforts to prove the existence of a ferromagnetic behavior in such materials, there are no measurements that demonstrate unambiguously the ferromagnetic polarization in Pd atoms, for example. Most of the works shown in the literature have used SQUID measurements to characterize the ferromagnetism in these materials. It is therefore necessary to verify the existence of ferromagnetism in these materials by using element specific techniques, such as XMCD (X-ray magnetic circular dichroism). XMCD is a very important technique, which is element selective and performs quantitative determination of the spin and orbital magnetic contributions for each element separately. Our work has a particular difference when compared to others in literature because instead of studying each element individually we have worked with NP's of the bimetallic compound Aux Pd1-x (x = 0.00, 0.25, 0.50, 0.75) capped by thiol. SQUID measurements clearly showed ferromagnetic behavior in these nanoparticles, even at room temperature. In this thesis we will present results of a systematic characterization of these nanoparticles by a multi-technique approach which involves measurements with SQUID, XANES, XPS and XMCD in the L2,3 edges of the Pd and Au L3 edge. We also emphasize the development of a new instrumentation for XMCD measurements at UHV where samples can be submitted to high magnetic fields and conditions of low temperatures. Based on these findings we discuss the possibility of ferromagnetism in these nanoparticles and its origin. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

L'importance des effets relativistes dans la chimie a été reconnu depuis les années 1980. Par exemple, sans la relativité (a) l'or aurait la même couleur que l'argent (b) le mercure ne serait pas liquide à la température ambiante et (c) nos voitures ne démarrent pas avec une batterie de plomb. Pour une description théorique de la structure et la réactivité des éléments lourds, la relativité est un ingrédient essentiel. Le hamiltonien pour les calculs moléculaires relativistes à 4 composantes est construit en remplaçant la partie mono-électronique de l'hamiltonien électronique non-relativiste par le hamiltonien de Dirac. La partie bi-électronique est approchée par le terme de r Coulomb comme dans le cas non relativiste, ce qui donnel'hamiltonien de Dirac-Coulomb (DC). Pour réduire le coût de calcul, on peut utiliser des hamiltoniens relativistes à 2 composantes. Parmi eux, l'hamiltonien exact à 2 composantes (X2C) est le plus précise. La corrélation électronique est, cependant, une contribution très importante pour obtenir une description théorique à la fois qualitative et quantitative des spectroscopies moléculaires, réactions, etc. Dans cette thèse, nous avons étudié l'interaction entre la relativité et de la corrélation. à la fois par des développements méthodologiques et par des applications moléculaires. Dans la première partie de la thèse, nous avons calculé les constantes spectroscopiques dimères des gaz rares lourds. La liaison faible de ces dimères ne peut être décrit que par l'inclusion de la corrélation électronique. Les dimères des gaz rares les plus lourds, le radon et l'eka-radon, nécessite de plus un traitement adéquat de la relativité. Nos calculs sont basés sur l'hamiltonien X2Cmmf, à la fois avec des méthodes de corrélation basés sur une fonction d'onde et séparation de porte (srDFT). La deuxième partie de cette thèse concerne la simulation de la spectroscopie des rayons X, où l'on sonde la région du cœur d'une molécule, ou la relativité joue un rôle très important. Nous avons étudié la spectroscopie L-edge de la série isoélectronique: UO22 +, UNO+, et UN2, où le couplage spin-orbite joue un rôle majeur. Au niveau des méthodes, nous avons considéré MP2 à couches ouvertes et la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante de temps (TDDFT). Dans un autre étude, nous avons simulé la spectroscopie K-edge de la série H2X (X = O, S, Se, Te) et XH3 (X = N, P, As) ainsi que les molécules N2 et N2O2. Pour ces systèmes, l'interaction spin-orbite est moins important. Par conséquent, nous avons utilisé un hamiltonien DC sans spin (SF). Certains des systèmes pris en compte dans ce travail sont de caractère multi-référentielles ; nous avons utilisé la methode Coupled Cluster Multi-référentielle de type State Universal et adapté au groupe unitaire (UGA-SUMRCC) comme une méthode de corrélation. Dans la troisième et partie principale de la thèse, l'attention est de nouveau sur la relativité et de la corrélation, mais pour le calcul des propriétés électriques et magnétiques moléculaires. Nous avons développé et mis en œuvre un module pour le calcul des valeurs moyennes au niveau relativiste à 4-composantes coupled cluster monoréferentiel. Les propriétés qui sondent la densité électronique près de noyaux (lourds), telles que la résonance paramagnétique électronique (RPE), les paramètres des gradients de champ électrique et la non-conservation de la parité (NCP) des molécules chirales ,sont parfaitement adaptés pour l'application de cette méthode. Pour l'instant, nous avons étudié que la NCP. Ce module dans le logiciel DIRAC pour les calculs moléculaires relativistes fournit un cadre propice pour la mise en œuvre de méthodes de CC relativistes employant la symétrie de groupes doubles et de permutation de manière très efficace. En perspective, nous ciblons la mise en œuvre de la réponse linéaire CC pour le calcul des énergies d'excitation et propriétés moléculaires de second ordre tels que les paramètres de RMN. / The importance of relativistic effects in chemistry has been recognized since the 1980s. Without relativity (a) gold would have the same colour as silver (b) mercury would not be liquid at room temperature (c) our cars would not start (lead-battery). For a theoretical description of the structure and reactivity of heavy-elements, relativity is considered as an essential ingredient. The Hamiltonian for the 4-component relativistic molecular calculations is constructed by replacing the one-electronic part of the non-relativistic molecular Hamiltonian by the Dirac Hamiltonian. The two-electronic part of the Hamiltonian is approximated by the Coulombic repulsion term as in the non-relativistic case. The resulting Hamiltonian is called the Dirac-Coulomb (DC) Hamiltonian. For chemical applications there exist a class of relativistic Hamiltonians, where one-electronic part of the DC Hamiltonian is transformed to a 2-component one. Among them the eXcact 2-component (X2C) Hamiltonian is the most accurate one. Electron correlation, however, is a very important contribution to achieve a both qualitative and quantitative correct description of molecular spectroscopies, reactions etc. It is, therefore, essential to study the interplay between relativity and correlation. In this thesis, we have studied this interplay both in terms methodological developments and molecular applications. In the first part of the thesis we have studied the spectroscopic constants of the heavy rare gas dimers. The weak bonding of those dimers can only be described by the inclusion of electron correlation. The heavier analogues in the rare gas series i.e, Radon and eka-Radon, in addition require adequate treatment of relativity. Our calculations are based on the eXact 2-Component molecular-mean field (X2Cmmf) Hamiltonian both with wave function methods and range-separated DFT methods. The second part of this thesis simulates X-ray spectroscopy, where one probes the core region of a molecule. In the core region relativity plays a very significant role. Removal and excitation of electrons from that region involve various processes, which are beyond a mean-field description. We have studied L-edge spectroscopy of the isoelectronic series: UO22+, UNO+, and UN2, where spin-orbit coupling plays a major role. For the theory we have considered single reference open-shell MP2 and Time Dependent Density functional Theory (TDDFT). In another work, we have studied K-edge spectroscopy of the H2X (X= O, S, Se, Te) and XH3 (X= N, P, As) series as well as N2, N2O2 molecules. For this study spin-orbit coupling is less important, therefore, we have treated them with the Spin-Free (SF) DC Hamiltonian. Some of the systems considered in this work are Multi-Reference in nature; we have used Unitary Group Adapted (UGA) State Universal Multi-reference Coupled Cluster (UGA-SUMRCC) theory as a correlation method. In the third and major part of the thesis, the thrust is again on relativity and correlation, but for the calculation of molecular electric and magnetic properties. We have developed and implemented a module for the calculation of expectation values at the 4-component Relativistic Single Reference Coupled Cluster level. Properties that probe the electron density near (heavy) nuclei, such as Electron Paramagnetic Resonance (EPR) parameters, electric field gradients and parity non-conservation (PNC) in chiral molecules are ideally suited for the application of this method. However, we have only studied PNC so far. This module in the DIRAC software for relativstic molecular calculations provides a convenient framework for the implementation of relativistic CC methods employing double group and permutation symmetry very efficiently. In the near future we therefore target the implementation of Linear Response CC for the calculation of excitation energies and second-order molecular properties such as NMR parameters.

Philosophiae Doctor - PhD / This study is aimed at investigating the feasibility of using the radiometric technique as an alternative to traditional methods for determining soil physico-chemical parameters which are important for terroir characterization. In-situ and ex-situ radiometric analyses of soil from three vineyard blocks of Simonsig Wine Estate in the Stellenbosch district (Western Cape, South Africa) were studied. A mobile MEDUSA gamma-ray detection system comprising a CsI(Na) crystal (length 15 cm, diameter 7 cm) and associated electronics mounted on a portable trolley were used for partial terroir characterisation. Thereafter activity concentrations of 40K, 232Th series and 238U series in soil (top ~30 cm) from the measured MEDUSA spectra (0 - 3 MeV) were extracted by means of the full-spectrum analysis (FSA) method. A lead-shielded HPGe detector was used for analyzing collected soil samples while soil physico-chemical parameters were analysed using standard methods at research and commercial laboratories. / South Africa