Este trabalho descreve a montagem de um espectrômetro de massa por tempo de voo para análise de macromoléculas, projetado e desenvolvido no Laboratório de Instrumentação e Partículas (LIP) da USP, e apresenta os primeiros resultados obtidos com o equipamento. O espectrômetro é constituído pelo acoplamento de uma fonte de íons Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) com um acelerador de partículas do tipo tandem. O objetivo é aumentar a energia dos íons moleculares produzidos na fonte visando a uma maior eficiência de detecção de moléculas de massas elevadas. Amostras padrão de iodeto de césio (CsI) foram utilizadas para caracterização e verificação das condições de funcionamento do aparelho. O início dos estudos de moléculas de massas grandes se deu com medidas de amostras de insulina. Um método de simulação foi desenvolvido para auxiliar a análise dos espectros de massa e seus resultados foram comparados com os dados experimentais obtidos com o espectrômetro. O trabalho aponta novas possibilidades para a aplicação de aceleradores de partículas em análise de massa de macromoléculas. / The present work describes the assembly of a time-of-flight mass spectrometer for analysis of macromolecules, designed and developed at the Instrumentation and Particle Laboratory (LIP), and presents the first results obtained with the equipment. The spectrometer is based on the coupling of a Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) ion source with a tandem type particle accelerator. The objective is to increase the molecular ions energy produced by the source, and thus improve the high mass detection efficiency. Standard samples of cesium iodide (CsI) were used for characterization and verification of the equipment operation setup. Measures of insulin samples marked the initial studies of large masses. A simulation method was developed to assist in mass spectra identification and the results were compared with experimental data obtained with the spectrometer. The results open new possibilities for the application of particle accelerators in macromolecules mass analysis.

Construiu-se um acelerador de elétrons de baixa energia (Máximo de 20 KeV). Como fonte de elétrons utilizou-se um canhão de elétrons de cinescópio preto e branco, ou seja, com um único emissor termiônico. A energia do feixe eletrônico pode ser continuamente variada desde 0 a 20 KeV. A corrente eletrônica pode ser variada desde um valor mínimo de 10-12A a 3&#956A, permanecendo constante no tempo uma vez fixado o seu valor. Através da focalização ou desfocalização da imagem do feixe de elétrons, é possível variar-se a área irradiada desde um diâmetro mínimo de 1 milímetro a um máximo de 6 cm. A pressão final atingida nas câmaras de vácuo foi da ordem de 10-7Torr. Durante o funcionamento do canhão de elétrons, o cátodo do mesmo é danificado devido ao bombardeamento de íons em sua superfície. Para examinarmos o grau de danificação causado por este bombardeamento iônico, basta focalizarmos e examinarmos a imagem de feixe eletrônico sobre uma tela luminescente. Deve-se ressaltar que todo o acelerador de elétrons foi construído a partir de materiais e componentes totalmente nacionais. O acelerador de elétrons foi aplicado para estudar efeitos de irradiação de elétrons em Teflon usando-se o método do Split Faraday Cup. Foram medidas correntes transitórias de carga e descarga e determinaram-se o alcance médio dos elétrons e o valor da condutividade induzida pela radiação. / We have constructed a low energy electron accelerator (maximum energy 20 KeV). A black and white kinescope electron gun, with a single thermionic emitter was used as an electron source. The energy of electron beam can be changed continuously from 0 to 20 KeV. The intensity of the current can be changed from a minimum of 10-12A to a maximum of 3&#956A, and can be maintained constant in time after its value has been fixed. The irradiated area can be changed from a diameter of 1 millimeter to a maximum of 6 centimeter, by focalizing or defocalizing the image of electron beam. The final pressure reached in vacuum chambers was 10-7Torr. During operation the surface of cathode of electron gun is damaged by ion bombardment. The degree of damage can be checked if the cathode image is focalized and examined on a luminescent screen. The accelerator was used to study electron irradiation effects in Teflon, employing the method of the Split Faraday Cup. Transient charging and discharging currents were measured. The average range of electrons of the electrons and induced conductivity were determined.

No presente trabalho medimos e analisamos distribuições angulares para o processo de espalhamento elástico do núcleo radioativo de 12B em alvo de 58Ni. As medidas foram realizadas nas energias de Elab=30.0 e 33.0 MeV no laboratório do acelerador Pelletron. Essas energias são próximas a barreira Coulombiana (VB=28.0 MeV) para esse sistema. Para a produção do feixe radioativo de 12B utilizamos o sistema RIBRAS instalado nesse laboratório. As distribuições angulares foram analisadas com o modelo ótico, utilizando potenciais de Woods-Saxon e Potencial de São Paulo. Para uma interpretação física mais consistente e um estudo da influência de outros canais de reação no espalhamento elástico analisamos também considerando o método de canais acoplados. Considerando o acoplamento dos canais de espalhamento inelásticos, reorientação e spin-órbita pudemos descrever a distribuição angular na energia de 30.0 MeV. No entanto esses canais não foram suficientes para descrever a distribuição angular na energia de 33.0 MeV, indicando que outros canais como de transferência e/ou break-up possam ser importes. A partir da análise das distribuições angulares com modelo ótico obtivemos também a seção de choque total de reação. Essas seções de choque foram comparadas com a de outros sistemas utilizando métodos de redução, indicando que o projétil 12B segue uma sistemática intermediária entre núcleos fortemente ligados e fracamente ligados. Finalmente, discutimos a sistemática dos resultados de canais acoplados para o espalhamento elásticos dos isótopos de Boro 8,10,11,12B no alvo 58Ni em termos da configuração de clusters dos projéteis. / In the present work we measure and analyzed angular distributions for the process of elastic scattering of the radioactive nucleus of 12B in a target of 58Ni. The measurements were performed in the energies of Elab = 30.0 and 33.0 MeV in the Pelletron accelerator laboratory. These energies are close to the Colombian barrier (VB = 28.0 MeV) for this system. For the production of the radioactive beam of 12B we used the RIBRAS system installed in this laboratory. The angular distributions were analyzed with the optical model, using potentials of Woods-Saxon and Potential of São Paulo. For a more consistent physical interpretation and a study of the influence of other reaction channels in the elastic scattering we also analyze the coupled channel method. Considering the coupling of the inelastic scattering channels, reorientation and spin-orbit we could describe the angular distribution in the energy of 30.0 MeV. However, these channels were not enough to describe the angular distribution in the energy of 33.0 MeV, indicating that other channels as transfer and / or break-up can be amounts. From the analysis of the angular distributions with optical model we also obtained the section of total reaction shock. These cross sections were compared with those of other systems using reduction methods, indicating that projectile 12B follows a systematic intermediate between tightly bound and weakly bonded cores. Finally, we discuss the systematics of the results of elastic scattering channels of the Boron isotopes 8,10,11,12B in the 58Ni target in terms of the cluster configuration of the projectiles.

Esse trabalho consistiu na medida e análise de distribuições angulares do espalhamento elástico e inelástico para núcleos de massa A=10 em alvos de 58Ni e no desenvolvimento de novos feixes secundários radioativos para o sistema RIBRAS. As distribuições angulares do sistema 10B+58Ni foram medidas nas energias E(lab)= 19, 20, 21, 23, 24, 25 e 35 MeV, no laboratório Tandar na Argentina, enquanto a distribuição angular do sistema 10C+58Ni foi medida na energia E(lab)= 35.3 MeV, utilizando o sistema TWINSOL, da Universidade de Notre Dame, Estados Unidos. O formalismo de canais acoplados foi utilizado para estudar a influência da estrutura deformada do núcleo 10B e da estrutura Bruniana do núcleo 10C. Os resultados indicaram a importância desses efeitos, bem como a possível influência dos canais de transferências e breakup. / This work consisted in the analysis and measurement of angular distributions for elastic and inelastic scattering of mass A=10 projectiles in 58Ni target, as well as in the development of new secondaries radioactive ion beams for the RIBRAS system. Angular distributions for the 10B+58Ni system were measured at E(lab)= 19, 20, 21, 23, 24, 25 and 35 MeV, at Tandar Laboratory in Argentina, while an angular distribution at E(lab)= 35.3 MeV for the 10C+58Ni was measured at the University of Notre Dame, USA, using the Twinsol system. The coupled channel formalism was used to investigate the influence deformed structure of the 10B and Brunian structure for 10C nucleus. The results indicated the importance of these effect as well as the possible influence of transfer and breakup channels. In this work the development of 10C, 14C and 12B beams were investigated for future use in the RIBRAS system.

A utilização da técnica de teleterapia para tratamento de câncer tem sido usada por anos com bons resultados clínicos. Em meados da década de 90, a remoção do filtro aplainador, item que compõe o cabeçote de um acelerador linear de uso clínico, tem sido objeto de estudos por demonstrar bons resultados no tratamento de alguns tipos de câncer. Técnicas utilizadas como Radioterapia de Intensidade Modulada (IMRT) e Radioterapia Estereotáxica (SRT), mostram-se mais eficazes quando não se utiliza o filtro aplainador. A empresa Varian Oncology lançou em 2012 um acelerador linear de uso clínico capaz de operar com o filtro aplainador (FF) e sem o filtro aplainador (FFF), o TrueBeam. Os objetivos desse trabalho são avaliar a homogeneidade de dois importantes parâmetros utilizados para o cálculo de dose nos pacientes submetidos ao tratamento com esse modelo de acelerador linear, a porcentagem de dose profunda (PDP) e índice de qualidade do feixe (TPR20/10). Os dados fornecidos para a análise foram cedidos pelo Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE), Real Hospital Português (RHP) e 3 instituições norte-americanas. Através de uma análise estatística dos dados das instituições citadas pode-se observar melhor o comportamento desses parâmetro que demonstraram-se muito homogêneos e com erros menores que 1% na maioria dos casos, confirmando desse modo que os aceleradores lineares do modelo TrueBeam mantém na maioria das vezes uma boa concordância dos parâmetros analisados. / Teletherapy, radiation therapy with linear accelerators, for cancer treatment has being used for years with good clinical results.Since the 90\'s the removal of the flattening filter, item placed at the gantry of the machine, has shown better results for the treatment of some cancers thus being extensively studied. Treatments with Intensity Modulated RadioTherapy (IMRT) and Sthereotaxic RadioTherapy (SRT) were more efficient without the flattening filter. Varian Oncology released the TrueBeam in 2012, a accelerator capable of operating with or without the flattening filter. The aim of this work is to access homogeneity of the percentage depth dose (PDP) and beam quality index (TPR20/10), two important parameters used in patient dose calculations. The data used for analysis were obtained with the Israelita Albert Einstein Hospital (HIAE), Real Português Hospital (RHP) and 3 more institutions located in the United States. The statistical data analysis allowed to observe the parameters behaviors. In general, they were very homogeneous, with errors smaller than 1% confirming the conformance of the TrueBeam accelerators.

A presente dissertação estuda a dinâmica uni e tridimensional de uma part cula solitária eletricamente carregada sob a ação de uma onda eletrostática de alta frequência lentamente modulada. A onda dota a partícula de energia potencial elétrica e o seu movimento e conhecido através do emprego do formalismo hamiltoniano, onde se faz a consideração de efeitos relativísticos devido as altas velocidades envolvidas no processo. Enquanto a velocidade máxima experimentada pela partícula permanece suficientemente abaixo da velocidade de fase característica da onda que a acelera, sua dinâmica pode ser bem descrita por uma re nada aproximação ponderomotriz. Com esta abordagem, prevê-se corretamente a velocidade média, máxima e m nima desenvolvida pela partícula ao longo de seu movimento através das curvas que permeiam e envelopam o per l de velocidade. Os limites de validade da aproximação são bem estabelecidos e, uma vez ultrapassados, a partícula com velocidade ressonante e capturada pela onda. Sob as adequadas condições calculadas neste trabalho, o mecanismo de captura instala, espontaneamente, a partícula em fase otima relativa a onda e a acelera a velocidades muito próximas da velocidade da luz no vácuo. Em consonância, o processo de aceleração e otimizado com a focagem da partícula em direção ao eixo de propagação da onda durante um certo intervalo de tempo e de comprimento aproveitáveis. / The present dissertation studies the one and three-dimensional dynamics of an electrically charged solitary particle under the action of a slowly modulated high frequency electrostatic carrier wave. The wave gives the particle electrical potential energy and its movement is known through the use of Hamiltonian formalism, where relativistic e ects are considered due to the high velocities involved in the process. Meanwhile the maximum speed experienced by the particle remains su ciently below the characteristic phase velocity of the accelerating carrier wave, its dynamics can be well described by a re ned ponderomotive approach. With this approach, the average, maximum and minimum speed developed by the particle along its movement through the curves that permeate and envelop the velocity pro le. The limits of validity of the approximation are well established and, once exceeded, the particle with resonant velocity is captured by the wave. Under the appropriate conditions calculated in this work, the capture mechanism spontaneously installs the optimum phase particle relative to the wave and accelerates towards the speed of light in the vacuum. At same time, the acceleration process is optimized by focusing the particle towards the wave propagation axis for a certain usable time interval and length.

Apresentaremos um estudo sobre a produção inclusiva de hádrons em colisões próton-próton (pp), através do espectro pT do momento transverso dos hádrons produzidos. É esperado que em regiões de grande densidade de glúons, que come çam a serem provadas por aceleredores de grande energia, a abordagem tradicional da QCD perturbativa não seja su ciente. Tal regime é caracterizado por fortes campos de cor descritos pela teoria efetiva do condensado de vidro de cor (CGC), mais apropriado neste caso para descrever os observáveis. Consideramos também uma possível extensão do modelo colinear, obtida pela adição de uma distribuição gaussiana inicial, que considera um momento transverso intrínsico anterior à interação dos pártons. Tal abordagem pode corrigir as de ciências do modelo colinear sem que tenhamos que recorrer ao CGC em algumas regiões cinemáticas. O modelo colinear é baseado na consagrada evolução DGLAP das funções de distribuição de pártons, prevendo uma forma de fatorização para calcularmos as seções de choque. Mas, quando consideramos regiões de grande densidade, é provável que outra forma de evolução governe a dinâmica das funções de onda hadrônica, levando estas até um regime saturado. Adentrando nesta região incerta, o modelo de fatorização colinear não é satisfatório e devemos considerar outras formas menos estabelecidas para gerar previsões sobre o espectro pT. Como resultado deste trabalho, comparamos estas abordagens distintas e as confrontamos com dados experimentais do RHIC e LHC. / We present a study of single inclusive hadron production in proton-proton collisions (pp) through the spectra of the transverse moment pT of the produced hadrons. It is expected that in regions of high density of gluons, which begin to be probed by high energy accelerators, the traditional approach of perturbative QCD is not enough. Such a regime is characterized by strong color elds described by the e ective theory of color glass condensate (CGC), more appropriate in this case to describe the observables. We also consider a possible extension of the collinear model, given by the addition of an initial Gaussian distribution, which considers an intrinsic transverse moment prior to the interaction of the partons. Such approach can correct the limitation of the collinear model without having to appeal to CGC in some kinematic regions. The collinear model is based on the established DGLAP evolution of the parton distribution functions, which provides a form of factorization to calculate the cross sections. But when we consider regions of high density, it is likely that another form of evolution governs the dynamics of the hadronic wave functions, guiding them to a saturated regime. Advancing in this uncertain region, the collinear factorization model does not work and we must consider less well-established ways to generate predictions about the pT spectrum. We compare these distinct theoretical approaches and confront their results against the RHIC and LHC data.

O presente trabalho teve como objetivo: projetar, construir e testar os imas principais do acelerador race-track microtron booster do ifusp, que tem como funcao defletir e focalizar o feixe de eletrons, permitindo a sua recirculacao. Esses imas desempenham papel fundamental quanto a qualidade do feixe obtido que, por sua vez, constitui um fator primordial para experiencias em fisica nuclear. O trabalho desenvolve a teoria do funcionamento do acelerador e os calculos analiticos que fundamentam a geometria dos imas. A ausencia da uniformidade do campo magnetico e a presenca de campos de borda inadequados comprometem o sincronismo. Utilizou-se bobinas corretoras confeccionadas na forma de circuitos impressos, que limitaram a falta de uniformidade a valores relativos de campo magnetico da ordem de \'10 POT.-5\'. Os imas possuem pecas polares auxiliares (clamps) que criam campos de borda reversos ao campo principal. Os clamps foram projetados por meio de simulacoes realizadas com os programas poisson e ptrace, de forma a se obter uma distribuicao para o campo magnetico que propicie aceleracao para uma distancia conveniente entre os imas / The present work had the purpose of designing, building and testing the bending magnets of the IFUSP race-track microtron booster that deflect and focus the electron beam and allow its recirculation. These magnets play a fundamental role in terms of the beam quality, which is important in Nuclear Physics research. This work develops the theory conceming the functioning of the accelerator and the analytical calculations that establish the geometry ofthe magnets. The lack of magnetic field uniformity and the presence of inadequate fringing fields damage the synchronism. The magnetic fields were corrected using coils made of etched printed circuit boards. This method provides uniformity of a few parts in 10 \'10 POT.-5\' . The magnets have auxiliary poles (clamps) that produce reverse fringing fields. The clamps were designed using Poisson and Ptrace programs in order to get a magnetic field distribution that allows acceleration for a convenient distance between the magnets. The beam trajectories determined by Ptrace program were confirmed with agreement of 0,1% using the floating wire technique.

Neste trabalho investigamos a produçaõ de pares de leptons( lepton-antil epton) em colisões proton-proton e proton-núcleo para energias dos aceleradores Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) e Large Hadron Collider (LHC). Estes processos de colisão podem ser dividos entre antes e depois do espalhamento, portanto, pode-se analisar os efeitos de estado inicial e de estado nal. No estado nal do processo de colisão, para os aceleradores aqui apresentados, a quantidade de part culas produzidas e muito grande, de forma que uma part cula produzida no processo de espalhamento, que participe da interação forte, pode interagir com este meio antes de ser detectada. Entretanto, e fundamental uma determinação precisa do estado inicial do processo de colisão para que assim a investigação da produção de particulas no estado nal possa ser realizada. Neste contexto, a produção de pares de leptons (dileptons Drell-Yan) possui grande relevância, tendo em vista que não participa da interaçaõ forte, logo pode ser detectada sem sofrer efeitos de estado nal, carregando informações claras do estado inicial do processo de colisão. Para energias de RHIC e LHC, a densidada de quarks e gl uons nos h adrons colisores e muito grande, de tal forma que efeitos de estado inicial de alta densidade podem ser percebidos na produçaõ de partículas no estado nal. Este e o principal objetivo desta tese, utilizar os dileptons como observ avel para investigar os efeitos de alta densidade, ou seja, efeitos de unitariedade em colis~oes pr oton-pr oton, efeitos de saturação partônica descritos pelo Condensado de Vidros de Cor em colisões próton-núcleo. Além destes efeitos, os efeitos nucleares de baixa densidade, presentes em colisões próton-núcleo, também são investigados. Ou seja, utiliza-se um observável eletromagnético, para investigar as propriedades da QCD em colisões hadrônicas. Mais especi camente, as distribuições de momentum transverso e rapidez são investigadas para energias de RHIC e LHC. A produção de dileptons e calculada utilizando o formalismo de dipolos de cor e tamb em a teoria do Condensado de Vidros de cor. Os resultados obtidos nesta tese mostram a potencialidade deste observ avel para se investigar a QCD de alta densidade e indicam a urgente necessidade de medidas com relação a este observável nos experimentos existentes em colisões hadrônicas para altas energias. / In this work, the lepton pair production (lepton-antilepton) in proton-proton and protonnucleus collisions is investigated for Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and Large Hadron Collider (LHC) colliders energies. These collisions processes can be classi ed between before and after the scattergins, therefore, initial and nal states e ects can be analyzed. In the nal stare, for the colliders here presented, the number of produced particles is large, then a particle produced in the scattering process, which interact strogly, could interact with the medium before being detected. However, it is very important to determine the initial state of the collision process, thus to determine the particle production in the nal state. In this context, the lepton pair production (dileptons Drell-Yan), which does not interact strolgly, should carry indisturbed information about the inicial state system of the collision process. For RHIC and LHC, the quarks and gluons hadrons densities in the initial state of the collision processes is large, such that high density initial state e ects should a ect the particle production in the nal state. This is the main goal of this thesis, use the dilepron production to investigate the high density e exts. This implies in to investigate the unitarity e ects in the proton-proton collisions, the Color Glass Condensate in the proton-nucleus collisions. Moreover, the low density e ects in proton-nucleus collisions are under investigation in this thesis. The main point of this thesis, is that a eletromagnetic observable is considered to investigare the properties of the QCD in hadronic collisions. Speci cally, the transverse momentum and the rapidity distributions are investigated. The dilepton production is evaluated by means of the dipole picture and through the Color Glass Condensate theory. The results obtained in this thesis show that dilepton production is an observable that deserves to be measured in the hadronic colliders at high energies, once it carries clear informations about the QCD system at high density.

Construímos um acelerador de elétrons de baixa energia (opera na faixa de 0,4 - 20 keV) que dispõe dos recursos necessários para ser utilizado como instrumento de pesquisa em áreas relacionadas com os isolantes. Neste trabalho, ele foi empregado para estudar a emissão secundária em polímeros ou, mais especificamente, para mostrar que um novo método de medida de emissão secundária, que designamos \"Método de Medida Dinâmica\", descrito por H. Von Seggern [IEEE Trans. Nucl. Sei. NS-32, p.1503 (1985)] não permite, ao contrário do que se esperava, obter a verdadeira curva de emissão secundária devido à influência exercida pela carga positiva acumulada sobre a emissão. Contudo, no decorrer do trabalho, mostramos que a montagem descrita por ele ainda pode ser utilizada com vantagem para: i) medir precisamente a energia do 2&#176 ponto de cruzamento e ii) para levantar a verdadeira curva de emissão se, ao invés irradiarmos o alvo continuamente, usarmos pulsos de corrente. Além disso, pudemos, analisando o modo como a carga positiva age sobre a emissão nas mais diversas situações. I) estimar a profundidade de escape máxima e média dos secundários; II) mostrar que a carga positiva líquida numa amostra carregada positivamente fica próxima da superfície e III) mostrar que em amostras carregadas negativamente as cargas positivas ficam próximas da superfície e as negativas, em maior número, no volume do material. / We have constructed an accelerator for the generation of low energy e1ectrons (in the 0.4 to 20 keV range). The accelerator is equipped with some devices especially designed for the investigation of the e1ectrical properties of electron-irradiated dielectrics. In this work we have employed it for the study of the secondary electron emission of irradiated polymers. Reference is made to a method proposed bt H. von Seggern [IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-32, p.1503 (1985)] which was intended for the determination of the electron emission yield especially between the two cross-over points in a single run, here called the dynamical method. We have been able to prove that, contrary to expectation, this method does not give correct results over the entire emission curve. Rather it gives yield values which are too low by 25% in the region where the emission exhibits a maximum, due to the interaction between the electron emission process and the positive surface charge of the dielectric. However the method needs not to be dismissed entirely. As it is, it can be used advantageously for the precise determination of the energy of the second cross-over point. In addition, with the same set up, the method could be improved by replacing the continuous irradiation of the sample by a pulsed irradiation, leading to results essentially the same as those shown in the literature. Finally, analyzing the process of interaction between the positive charge of the dielectric and the mechanism of electron emission in several situations, we were able: I) to determine the maximum value and the average value of the escape depth of the emitted electrons; II) for a sample with a net positive charge, to show that the positive charge resides very near the surface of incidence; III) for a sample with a net negative charge, to show that the positive charge also resides near the surface while the (prevalent) negative charge resides in the bulk of the material