Um material composto, formado pela mistura de muitos elementos, pode ser convenientemente descrito, a partir da forma com que a radiação interage com ele, como se fosse formado por um elemento ctício com um número atômico efetivo, Zef. Esse parâmetro não é constante com a energia, entretanto, pode ser considerado uma ferramenta útil na caracterização de tecidos biológicos, materiais tecido-equivalentes e dosímetros. Várias formas de determinação do Zef foram propostas na literatura, dentre elas, estão os métodos de atenuação que se baseiam no uso da seção de choque total (obtido a partir do coeciente de atenuação linear mássico (µ/)) e os métodos de espalhamento que se baseiam na razão entre as seções de choque diferenciais Rayleigh e Compton. Neste trabalho, buscou-se estudar métodos de obter Zef de forma experimental e teórica, por dois métodos (atenuação e espalhamento) para completar lacunas existentes na literatura. No método de atenuação, foi utilizado o (µ/) como grandeza de interação que, no conhecimento dos autores, ainda não foi utilizado. Para isso, arranjos experimentais que permitam determinar a densidade, , e o coeciente de atenuação linear, µ, foi construído. O µ (de materiais tecido-equivalentes e tecidos biológicos) foi determinado tanto para energia de 59.54 keV (fonte 241Am) com detector CdTe, quanto para faixa de energia entre 15 e 45 keV (tubo de raios X com alvo de W) com detector SDD. Um novo programa computacional para determinar o número atômico efetivo a partir do µ/ foi implementado e validado. A sensibilidade do método foi estudada de forma a determinar Zef de forma adequada. No método de espalhamento, arranjo experimental para detectar os fótons espalhados Rayleigh e Compton (utilizando fonte de 241Am e detector CdTe) foi construído, otimizado e validado. Um programa computacional para determinação de Zef através da razão Rayleigh/Compton, R/C, foi elaborado e validado . A sensibilidade do método foi estudada e analisada de forma a determinar Zef de maneira adequada. No método de atenuação, o arranjos para determinação do µ/ possibilitaram determiná-lo com diferenças menores que 6% quando comparados com a literatura e incertezas de 3.8% para 59.54 keV e até 7% na faixa de 15 à 45 keV. Também foi vericado que o método é adequado para determinar Zef para energias de até 60 keV, pois a partir deste valor, as incertezas em Zef aumentam (para mais de 10%). No método de espalhamento, o arranjo para determinação da razão Rayleigh/Compton possibilitaram obter medidas de R/C com menos de 10% de diferença com a literatura e incertezas de 7% e foi vericado ainda, que a faixa de momento transferido entre 1 Å1 e 2 Å1 é adequada para determinar Zef (incertezas menores que 3% de incerteza) / A composite material, formed by the mixture of several elements, can be conveniently described by, from the way the radiation interacts with it, as if it were formed by a factitious element with an eective atomic number (Zef). This parameter is not constant with the energy, however, can be considered as an useful tool for characterization of biological tissues, tissue-equivalent materials and dosimeters. Several ways for the determination of Zef were proposed by the literature, among them, are the attenuation methods which are based on the total cross section (derived form the mass attenuation coecient (µ/)) and the scatter methods which are based on the ratio between the Rayleigh and Compton dierential cross sections. In this work, were study ways to obtain Zef experimentally and theoretically by two methods (attenuation and scattering) to ll the gaps in the literature. In the attenuation method µ/ was used as interaction coecient which, in the authors knowledge, it hasnt been used. For this purpose, experimental arrangements to determine the density () and the linear attenuation coecient (µ) were built. The µ (of tissue-equivalent material and biological tissues) were determined both for 59.54 keV (241Am source) with a CdTe detector and for the energy rage between 15 and 45 keV (X ray tube, W target) with a SDD detector. A new computational program for determining Zef through µ/ was implemented and validated. The method sensibility was studied in the way to determine Zef properly. In the scattering method, an experimental arrangement to detect the Rayleigh and Compton scattered photons (with 241Am source and a CdTe detector) was built, optimized and validated. A computational program to determine Zef through Rayleigh to Compton ratio, R/C, was elaborated and validated. The methods sensibility was studied and analyzed to determine Zef properly. In the attenuation method, the arrangements for determining µ/ allowed to determine it with dierences smaller than 6% when compared with the literature and uncertainties of 3.8% for 59.54 keV and up to 7% in the range of 15 to 45 keV. It has also been found that the method is suitable for determining Zef for energies of up to 60 keV, because above that energy, the uncertainties in Zef increases (more than 10%). In the scattering method, the arrangement for determining R/C made it possible to obtain measurements of R/C with less than 10% dierence with the literature and uncertainties of 7% and it was veried that the momentum transfer range between 1 Å1 and 2 Å1 is suitable for determining Zef (uncertainties less than 3 % uncertainty)

O estudo da penetração da radiação solar no meio aquático foi desenvolvido em quatro partes. Na primeira delas, voltada para a atenuação da radiação solar na coluna d’água, foram discutidos fatores de interferência e suas inter-relações. Neste sentido, foi feita uma comparação da penetração da radiação solar em ecossistemas continentais naturais e artificiais, analisando as diferenças e similaridades. O estudo comparativo da atenuação da radiação solar subaquática em toda extensão de reservatórios constituiu a segunda parte deste trabalho. A comparação foi feita entre reservatórios que apresentam proximidades de localização, mas com diferenças marcantes nos usos e ocupações nas regiões em que os mesmos estão inseridos. Na terceira parte foram apresentados dois recursos de grande utilização na obtenção das respostas imediatas do ambiente aquático, do ponto de vista óptico, diante dos impactos sofridos. O primeiro recurso foi a determinação do espectrograma da radiação solar, indicando a atenuação da radiação solar subaquática na faixa fotossinteticamente ativa (400 nm - 700 nm). O outro recurso foi a obtenção do espectro de absorção da água superficial, que permitiu o estabelecimento do “Índice de Absorção Espectral da Água”, I.A.E.A., que facilmente possibilita a detecção de fontes pontuais de poluição e contaminação. Como quarta e última parte foi proposto o desenvolvimento de um aparelho a partir da reconstrução do hidrofotômetro (Modelo Nº 268 WA 310 GM MFG & Instrument Corp. Bronx. N.Y. 10 451), onde foi introduzido e adaptado o detector fotocondutivo (PIN - 250DP) em substituição às fotocélulas anteriormente danificadas. Durante o trabalho de campo, este aparelho foi testado e foi feita a comparação com os obtidos do Quanta-meter LI-COR (LI - 185A) também utilizado neste trabalho. / The study of solar radiation penetration in aquatic environment was developed in four parts. The first one, directed to solar radiation attenuation in the water column, interference factors and their inter-relations were discussed. In this sense, a penetration comparison of the solar radiation in natural and artificial continental ecosystems was carried out, analyzing differences and similarities. The second part of this work consisted of a comparative study of underwater solar radiation in the entire reservoir. The comparison was done between reservoirs that are near to one another, but with marked differences in use and occupation within the regions where they are located. In the third part, two resources of great utilization in obtaining immediate response from the aquatic environment, from an optical point of view of the impacts experienced, were presented. The first resort was the spectrogram determination of solar radiation, which indicated the underwater solar radiation attenuation in the active photosynthetic range (400 nm - 700 nm). The other resort was the superficial water absorption spectrum, which allowed establishing the “Water Spectral Absorption Index”, I.A.E.A. that easily makes possible detection of accurate sources of pollution and contamination. The fourth and last part proposed to develop an apparatus from the construction of an underwater hydrophotometer (Model 268 WA 310 GM MFG & Instrument Corp. Bronx N.Y. 10451), where the photoconductor detector was adapted and introduced (PIN - 250DP) substituting the previously damaged photocells. During field work, this apparatus was tested and comparison was performed with data obtained from Quanta-meter LI-COR (LI - 185A), also used in this work.

The current methodologies in body scanning diagnostic uses different simultaneous imaging modalities like Ultrasound (US), magnetic resonance imaging (MRI), single photon emission tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET). The field requires combination of different modalities for effective use in clinical diagnostics. Such incorporation of different modalities has already been achieved. For example, PET-CT hybrid scanner is designed to acquire align functional and anatomical images and recently US-MRI scanner has successfully shown to improve diagnosis of prostate cancer. The non ionizing radiation hybrid US-MRI is of great interest in health care industry. Further these US and MRI modalities uses different contrast agents like micro-sized gas bubbles (MBs) encapsulated by surfactant for US and superparamagnetic nanoparticles for MRI imaging modalities to further enables new diagnostic opportunities and therapeutic applications. Recently in our 3MiCRON project, we have developed the multimodal contrast agent that could be supported for both US and MRI. This was achieved by coating the magnetic nanoparticles to the poly vinyl alcohol (PVA) surfactant shelled MBs. The nanoparticles in the shell effect the structure can alter the MBs performance as an ultrasound contrast agent. The present thesis is conducted to examine the acoustic and mechanical properties of such multimodal contrast agents. These multimodal contrast agents were prepared by coating the surface of PVA-shelled MBs by two following strategies: (1) The superparamagnetic iron oxide (Fe3O4) nano-particles (SPIONs) were chemically anchored to the surface of poly vinyl alcohol (PVA) shelled MBs namely MBs-chem and (2) in the second strategy the SPIONs were physical entrapped into the PVA shell while formation of PVA surface on the gas bubble were named as MBs-phys. To understand the scattering efficiency and viscoelastic properties of these modified agents, we investigated the backscattering power, attenuation coefficient and phase velocity measurements. Our acoustic experimental results indicate that both the modified MBs and non-modified plain PVA-shelled ultrasound contrast agents have the same echogenic response. The investigation of mechanical properties of modified MBs revealed that the attached SPIONs on the PVA shell has reduced the stiffness of MBs-chem shell, while, the SPIONs inside the shell has increased MBs-phys stiffness. As a result, MBs-chem exhibits soft shell behavior under ultrasound exposure than both MBs-phys. Finally, the images were obtained through the MRI investigations at the department of Radiology, Karolinksa Institute, has demonstrated that both MB types have enough magnetic susceptibility that further provides good detectability in vitro and in vivo. As an outlook, the modified magnetic gas bubbles, i.e. both MBs-chem and MBs-phys can be proposed as a potential contrast agent for both US and MR imaging and can be further utilized in potential therapeutic applications. / <p>QC 20131126</p>

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jaqueline Ap Borges.pdf: 4346896 bytes, checksum: 7cddb136f61196f7c1bd6d777eaee0bc (MD5) Previous issue date: 2015-09-11 / In this study, the Computed Tomography (CT) and gamma-ray attenuation (GRA) techniques were used in the investigation of representative sample sizes for attributes related to soil structure. First of all, the representative elementary length (REL) for experimental measurements of soil mass attenuation coefficient (μes), of samples from a sandy and a clayey soil, was analyzed. The study was conducted with two radioactive sources (241Am and 137Cs), three collimators (2–4 mm diameters), and 14 thickness (x) samples (2–15 cm). From these analyzes, it was possible to identify an ideal thickness range for each of the studied sources (2-4 cm and 12-15 cm for the sources of 241Am and 137Cs, respectively). The application of such results in representative elementary area evaluations, in clayey soil clods via CT, indicated that experimental soil mass attenuation coefficient average values obtained for x>4 cm and source 241Am might induce the use of samples which are not large enough for soil bulk density evaluations. Subsequently, μCT images with a total volume of 39×39×33 mm3 and spatial resolution of 60 μm were used for macroporous system morphological characterization of a Rhodic Ferralsol with clayey texture, under no-till (NT) and conventional till (CT) systems. Attributes as macroporosity (MAP), number of macropores (NMAP), tortuosity (τ) and connectivity (C) of the pores were assessed. The C degree was estimated based on the Euler-Poincaré characteristic (EPC). Once 3D images enable the study of these attributes in different sample volumes, the proposed study is ideal for the analysis of representative elementary volume (REV). Usually, the selection of subvolumes for REV analysis occurs concentrically to a small volume or in adjacent positions. Here, we introduced a new method for selecting the positions of subvolumes, which are randomly chosen within the total image volume (random selection). It was observed that higher fluctuations in amplitude of each analyzed property values occurred for smaller subvolumes and random selection. When these positions are randomly selected, all regions of the sample have the same probability of occurrence. Thus, the subvolumes can be selected from regions that exhibit similar characteristics, or which are quite different from each other. The results allowed the study of each of these attributes in function of the analyzed sample volume. Such analysis enabled the identification of a REV for MAP and τ measurements for both soils. However, NMAP and CEP showed no indication of stabilization within the total sample volume analyzed (39×39×33 mm3). From this study, it was possible to detect the influence of each management systems (NT and CT) on the macroporous system. In general, results obtained for soil under PC showed higher regularity, which is probably due to its homogenization induced by the plowing, conducted twice a year. / No presente estudo, as técnicas de tomografia computadorizada (TC) e atenuação de raios gama (AGR) foram utilizadas na investigação do tamanho representativo de amostras para atributos referentes à estrutura do solo. Primeiramente, foi analisado o comprimento elementar representativo (CER) de amostras de um solo de textura arenosa e outro de textura argilosa para medidas experimentais do coeficiente de atenuação de massa do solo (μes). O estudo foi realizado com duas fontes radioativas de raios gama (241Am e 137Cs), três aberturas de colimadores circulares (2-4 mm) e 14 espessuras (x) distintas de amostras deformadas de solo (2-15 cm). A partir destas análises foi possível identificar um intervalo de espessura ideal para cada uma das fontes estudadas (2–4 cm e 12–15 cm para as fontes de 241Am e 137Cs, respectivamente). A aplicação dos resultados obtidos para a fonte de 241Am, e solo argiloso, em avaliações de área elementar representativa (AER) para medidas de densidade do solo (ρs) via TC, indicaram que os valores médios de μes para x>4 cm podem induzir ao uso de amostras com tamanho não representativo. Na sequência, imagens de microtomografia de raios X (μTC), com volume total de 39×39×33 mm3 e resolução espacial de 60 μm, foram utilizadas para a caracterização micromorfológica do sistema macroporoso de um Latossolo vermelho de textura argilosa, submetido aos sistemas de manejo de plantio direto (PD) e plantio convencional (PC). Foram analisados atributos físicos como macroporosidade (MAP), número de macroporos (NMAP), tortuosidade (τ) e conectividade (C) dos poros. O grau de C dos poros foi estimado a partir da característica de Euler-Poincaré (CEP). Uma vez que imagens 3D possibilitam o estudo destes atributos em diferentes volumes de amostra, o estudo proposto é ideal para a análise de volumes elementares representativos (VERs). Geralmente, a seleção dos subvolumes para análises de VER se dá concentricamente a um volume de origem ou em posições adjacentes a este. Neste trabalho foi introduzida uma nova forma de seleção da posição dos subvolumes, os quais são selecionados randomicamente dentro do volume total da imagem (seleção aleatória). Observou-se que as maiores amplitudes de flutuações nos valores de cada atributo analisado ocorreram para os subvolumes menores quando selecionados de forma aleatória, em comparação à seleção centralizada. Quando estas posições são selecionadas aleatoriamente, todas as regiões da amostra têm a mesma probabilidade de ocorrência. Com isso, os subvolumes podem ser selecionados em regiões que apresentem características similares, ou então, que sejam muito diferentes umas das outras. Os resultados permitiram o estudo de cada um destes atributos em função do volume de amostra analisado. Tais análises possibilitaram a identificação de um VER para medidas de MAP e τ para os dois solos estudados. No entanto, a NMAP e a CEP não apresentaram indícios de estabilização até o volume total de amostra analisado (39×39×33 mm3). Quanto aos dois sistemas de manejo avaliados (PD e PC), foi possível detectar a influência de cada um deles na estrutura macroporosa do solo. De uma forma geral, o solo sob PC apresentou maior regularidade nos resultados obtidos, o que se deve à homogeneização do mesmo induzida pelo revolvimento do solo realizado duas vezes ao ano.

Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos semianalíticos para estudar os parâmetros de qualidade da imagem (contraste objeto, SC, e razão contraste-ruído, CNR) e a dose glandular normalizada (DgN ) em mamografia convencional e digital. As características de 161 amostras de tecidos mamários (coeficiente de atenuação linear e densidade) e os espectros de raios X mamográficos foram determinados experimentalmente, visando construir uma base de dados consistente destas grandezas para serem utilizadas nos modelos. Os coeficientes de atenuação linear foram determinados utilizando um feixe de raios X polienergético e um detector de Si(Li), e as densidades foram medidas utilizando o método da pesagem hidrostática. Os espectros de raios X de um equipamento industrial, que simula as qualidades de radiação de mamografia, foram medidos utilizando detectores de Si(Li), CdTe e SDD. A resposta de cada detector foi determinada por simulação Monte Carlo (MC). Os modelos semianalíticos desenvolvidos neste trabalho permitem calcular a deposição de energia na mama e no receptor de imagem, e foram utilizados para estudar o SC, a CNR e a DgN, para diferentes tipos de mama (espessura e glandularidade) e características do espectro incidente (combinação ânodo/filtro, potencial do tubo e camada semirredutora), bem como permitem avaliar a figura de mérito (FOM) em mamografia convencional e digital. Os resultados de coeficiente de atenuação e densidade para os diferentes grupos de tecidos mamários, mostram que os tecidos normais fibroglandulares e neoplásicos possuem características similares, enquanto tecidos normais adiposos apresentam menores valores destas grandezas. Os espectros medidos com cada detector, e devidamente corrigidos por suas respostas, mostram que os três tipos de detectores podem ser usados para determinar espectros mamográficos. Com base nos resultados de SC e CNR, foram estimados limites de detecção de nódulos em mamografia convencional e digital, que se mostraram similares entre si. Os resultados de SC, CNR e DgN obtidos também destacam a importância da escolha do modelo da mama e da base de dados de coeficiente de atenuação e espectros de raios X utilizados, uma vez que estes são responsáveis por uma grande variação nas grandezas estudadas. Além disso, os resultados de FOM mostram que, para mamas finas, a combinação Mo/Mo, tradicionalmente utilizada, apresenta o melhor desempenho, enquanto as combinações W/Rh e W/Ag são as mais indicadas para mamas espessas. Para mamas de espessuras médias, a melhor combinação depende da técnica utilizada (convencional ou digital). Finalmente, verificou-se que os modelos semianalíticos desenvolvidos permitem a obtenção de resultados de forma prática e rápida, com valores similares aos obtidos por simulação MC. Desta forma, estes modelos permitirão estudos futuros a respeito da otimização da mamografia, para outros tipos de mama e condições de irradiação. / In this work, semianalytical models were developed to study the image quality parameters (subject contrast, SC, and contrast-to-noise ratio, CNR) and the normalized average glandular dose (DgN) in conventional and digital mammography. The characteristics of 161 breast tissue samples (linear attenuation coefficient and density), and the mammographic x-ray spectra were determined experimentally, aiming to establish a consistent experimental database of these quantities to be used in the models. The linear attenuation coefficients were determined using a polyenergetic x-ray beam and a Si(Li) detector, and the densities were measured using the buoyancy method. The x-ray spectra from an industrial equipment, which reproduces the mammographic qualities, were measured using Si(Li), CdTe and SDD detectors. The responses of the detectors were determined using Monte Carlo (MC) simulation. The semianalytical models developed in this work allow computing the energy deposited in the breast and in the image receptor, and they were employed to study the SC, CNR and DgN, for different types of breast (thickness and glandularity) and incident x-ray spectra (anode/filter combination, tube potential and half-value layer). These models also allow evaluating the figure of merit (FOM) for conventional and digital mammography. The results of attenuation coefficient and density for the tissues analyzed show similar characteristics for the normal fibroglandular and neoplasic breast tissues, while the adipose tissue presents lower values of these quantities. From the x-ray spectra obtained using each detector, and corrected by their respective responses, it is observed that the three types of detectors can be used to determine mammographic spectra. Detection limits for nodules were estimated from the results of SC and CNR, and they were similar for both cases. The results of SC, CNR and DgN also show the importance of the choice of the breast model, and of the database of attenuation coefficient of breast tissues and x-ray spectra, since they largely influence the studied quantities. Besides, the results for FOM show that, for thin breasts, the Mo/Mo spectrum exhibits the better performance, while the W/Rh and W/Ag spectra are recommended for thicker breasts. For average thickness breasts, the more indicated spectra depend on the employed technique (conventional or digital). Finally, it was verified that the semianalytical models developed in this work provided results in a fast and simple way, with a good agreement with those obtained by using MC simulation. Therefore, these models allow further studies, regarding optimization of mammography, for other breast characteristics and irradiation parameters.

Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos semianalíticos para estudar os parâmetros de qualidade da imagem (contraste objeto, SC, e razão contraste-ruído, CNR) e a dose glandular normalizada (DgN ) em mamografia convencional e digital. As características de 161 amostras de tecidos mamários (coeficiente de atenuação linear e densidade) e os espectros de raios X mamográficos foram determinados experimentalmente, visando construir uma base de dados consistente destas grandezas para serem utilizadas nos modelos. Os coeficientes de atenuação linear foram determinados utilizando um feixe de raios X polienergético e um detector de Si(Li), e as densidades foram medidas utilizando o método da pesagem hidrostática. Os espectros de raios X de um equipamento industrial, que simula as qualidades de radiação de mamografia, foram medidos utilizando detectores de Si(Li), CdTe e SDD. A resposta de cada detector foi determinada por simulação Monte Carlo (MC). Os modelos semianalíticos desenvolvidos neste trabalho permitem calcular a deposição de energia na mama e no receptor de imagem, e foram utilizados para estudar o SC, a CNR e a DgN, para diferentes tipos de mama (espessura e glandularidade) e características do espectro incidente (combinação ânodo/filtro, potencial do tubo e camada semirredutora), bem como permitem avaliar a figura de mérito (FOM) em mamografia convencional e digital. Os resultados de coeficiente de atenuação e densidade para os diferentes grupos de tecidos mamários, mostram que os tecidos normais fibroglandulares e neoplásicos possuem características similares, enquanto tecidos normais adiposos apresentam menores valores destas grandezas. Os espectros medidos com cada detector, e devidamente corrigidos por suas respostas, mostram que os três tipos de detectores podem ser usados para determinar espectros mamográficos. Com base nos resultados de SC e CNR, foram estimados limites de detecção de nódulos em mamografia convencional e digital, que se mostraram similares entre si. Os resultados de SC, CNR e DgN obtidos também destacam a importância da escolha do modelo da mama e da base de dados de coeficiente de atenuação e espectros de raios X utilizados, uma vez que estes são responsáveis por uma grande variação nas grandezas estudadas. Além disso, os resultados de FOM mostram que, para mamas finas, a combinação Mo/Mo, tradicionalmente utilizada, apresenta o melhor desempenho, enquanto as combinações W/Rh e W/Ag são as mais indicadas para mamas espessas. Para mamas de espessuras médias, a melhor combinação depende da técnica utilizada (convencional ou digital). Finalmente, verificou-se que os modelos semianalíticos desenvolvidos permitem a obtenção de resultados de forma prática e rápida, com valores similares aos obtidos por simulação MC. Desta forma, estes modelos permitirão estudos futuros a respeito da otimização da mamografia, para outros tipos de mama e condições de irradiação. / In this work, semianalytical models were developed to study the image quality parameters (subject contrast, SC, and contrast-to-noise ratio, CNR) and the normalized average glandular dose (DgN) in conventional and digital mammography. The characteristics of 161 breast tissue samples (linear attenuation coefficient and density), and the mammographic x-ray spectra were determined experimentally, aiming to establish a consistent experimental database of these quantities to be used in the models. The linear attenuation coefficients were determined using a polyenergetic x-ray beam and a Si(Li) detector, and the densities were measured using the buoyancy method. The x-ray spectra from an industrial equipment, which reproduces the mammographic qualities, were measured using Si(Li), CdTe and SDD detectors. The responses of the detectors were determined using Monte Carlo (MC) simulation. The semianalytical models developed in this work allow computing the energy deposited in the breast and in the image receptor, and they were employed to study the SC, CNR and DgN, for different types of breast (thickness and glandularity) and incident x-ray spectra (anode/filter combination, tube potential and half-value layer). These models also allow evaluating the figure of merit (FOM) for conventional and digital mammography. The results of attenuation coefficient and density for the tissues analyzed show similar characteristics for the normal fibroglandular and neoplasic breast tissues, while the adipose tissue presents lower values of these quantities. From the x-ray spectra obtained using each detector, and corrected by their respective responses, it is observed that the three types of detectors can be used to determine mammographic spectra. Detection limits for nodules were estimated from the results of SC and CNR, and they were similar for both cases. The results of SC, CNR and DgN also show the importance of the choice of the breast model, and of the database of attenuation coefficient of breast tissues and x-ray spectra, since they largely influence the studied quantities. Besides, the results for FOM show that, for thin breasts, the Mo/Mo spectrum exhibits the better performance, while the W/Rh and W/Ag spectra are recommended for thicker breasts. For average thickness breasts, the more indicated spectra depend on the employed technique (conventional or digital). Finally, it was verified that the semianalytical models developed in this work provided results in a fast and simple way, with a good agreement with those obtained by using MC simulation. Therefore, these models allow further studies, regarding optimization of mammography, for other breast characteristics and irradiation parameters.

Mon travail de thèse s’est développé, pour le cas particulier des observations satellitales à partir de l’orbite géostationnaire. Le but général a été de caractériser la variabilité diurne des propriétés optiques inhérentes (i.e. les coefficients d‘atténuation et de rétrodiffusion particulaire, cp et bbp) et apparentes (i.e. la réflectance, R) des eaux océaniques (« forme » du cycle diurne, amplitude, variations saisonnières, causes). Ces propriétés optiques déterminent le signal qu’un instrument embarqué à bord d’un satellite peut observer. Cette étude est une étape préliminaire permettant de comprendre la physique du problème, avant de pouvoir évaluer la possibilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations satellitaires. La variabilité diurne de cp et bbp est donc étudiée en fonction des saisons définies selon les conditions physico-trophiques: le mélange, le bloom, son déclin, et l’oligotrophie. cp et bbp sont caractérisés par un cycle diurne, augmentation le jour et diminution la nuit, confirmant les tendances générales connues. Ce phénomène se produit durant toutes les saisons avec une variabilité intra-saisonnière qui différencie les cycles de cp et bbp: cp montre une amplitude plus large durant le bloom, contrairement à bbp les minima de cp et bbp sont synchronisés tandis que les maxima de bbp sont atteints 3 à 6 h avant ceux de cp, sauf pendant le bloom. L’augmentation journalière de bbp se reflète dans les changements de R. Toutefois, les résultats ont montré que l’inversion ne permet pas de reproduire l’augmentation journalière de bbp de façon satisfaisante. Les techniques d’inversion existantes ne sont pas adaptées pour une utilisation à haute fréquence. / My thesis is developed for the particular case of satellites observations from geostationary orbit. The overall aim was to characterize the diel variability of water inherent (i.e. the particulate beam attenuation and backscattering coefficients, cp and bbp) and apparent (i.e. reflectance, R) optical properties (“shape”of diel cycle, amplitude, seasonal variations, origins). These properties determine the signal which is observed from sensor aboard satellite. This study is a preliminary step in understanding the physical problem, before assessing the possibility of quantifying the diel variability from satellite observations. Diel variability of cp and bbp is studied by season, as defined by physical and trophic conditions: mixing, bloom proliferation, its decline, and oligotrophy. Both cp and bbp are characterized by a diel cycle of daytime increase and nighttime decrease, confirming known general trends. This occurs across all seasons, but intra-seasonal variability differed between cp and bbp cycles: unlike bbp, cp show larger amplitude of diurnal variation during the bloom cp and bbp minima are synchronized while bbp minima are attained 3-6 h before those of cp, except during the bloom. Daily changes of R are consistent with the variations of bbp. Nevertheless, it is still difficult to reproduce the diurnal increase of bbp by inversion of R. The differences observed between in situ and modeled values of bbp suggest that the performance of inversion is degraded when it is used at high frequency.

Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company- SKB has conducted measurement campaigns at the Swedish central interim storage facility for spent nuclear fuel- CLAB over the years, extending from year 2003 to 2019 where the gamma energy escape was acquired. At CLAB the spent nuclear fuel assembly is inserted into the calorimeter; device intended to measure temperature increase due to decay heat from the fuel assembly. The calorimetric construction is surrounded by water the medium in which the temperature deviations occur and thus are also measured by the calorimeter. However, there is some leakage of gamma energy from the calorimetric construction and does not contribute to the heating of the water. Therefore, only considering the calorimetric measurements is not enough to estimate the total decay heat in the fuel assembly since these measurements fail to account for the gamma escape. Measurements of gamma energy escape acquired over the years at CLAB were observed to have some tendencies that where questionable, mainly some stochastic behavior indicating that their uncertainty was profound. In the scope of the thesis a computational method was developed to calculate the gamma energy escape and thus assist in determining which measurements to discard. Combination of two programs were used one being Spent Nuclear fuel- SNF and the second Monte Carlo N particle Simulator- MCNP, to obtain the computational gamma energy escape for different fuel assemblies and cooling times- CTs. It was established that the escape had a range between 1-3,5% and that it had a dependency on CT, fuel assembly type and operational history. Calculated radial exponential decay coefficient for fuel assemblies of the medium; water had also a clear dependency on CT where values of the coefficient increased over CT. Normalized gamma energy distribution over a rotation around the fuel assembly was calculated and it showed that the assembly tended to have the highest radiation coming from its corner rods. The verification of the computational gamma escape results with corresponding measurements yielded that the agreement was quite good for the earlier measurement campaigns. However, deviation became evident after the 2007 campaign where the calculated values were underestimated compared to the measured.

[pt] Os cabos ópticos submarinos estão distribuídos por boa parte dos oceanos ao redor do globo terrestre. Esses cabos começaram a ser instalados com maior intensidade na década de 90, apesar de o primeiro cabo submarino óptico ter sido instalado em 1982 nas ilhas Canárias. Atualmente a importância dos cabos ópticos submarinos é de grande relevância para as comunicações mundiais e vem crescendo muito ao longo do tempo com a demanda por serviços de internet, liderada hoje pelas grandes empresas de tecnologia e de exploração de mídia social, tais como Google, Amazon, Meta, etc. Hoje cerca de 99 por cento de todo o tráfego da comunicação mundial da internet passa pelos cabos submarinos. Os custos para implantação desses cabos são muito altos e, portanto, prover alternativas para a ampliação da sua duração para um período maior do que a sua expectativa de vida útil representa um ganho considerável para todos. Considera-se atualmente pelos fabricantes e organismos de padronização internacional, como o ITU-T (União Internacional de Telecomunicações), uma expectativa média de vida útil de 25 anos. Esta expectativa de vida útil dada para os cabos ópticos foi a principal motivação para o desenvolvimento dessa pesquisa, cujos objetivos visam apresentar evidências que indiquem que a tendência de vida útil dos cabos ópticos submarinos pode superar os 25 anos previstos, e dessa forma contribuir para o atendimento da crescente demanda por transmissão de dados no mundo impulsionada pelos serviços de Internet. A metodologia adotada foi coletar dados de medições com o OTDR em cabos ópticos submarinos ao longo de 24 anos e avaliar a degradação sofrida pelo coeficiente de atenuação em dB/km ao longo do tempo das fibras ópticas dos cabos em operação, e comparar com a degradação sofrida pelos cabos sobressalentes, e avaliar também a degradação das perdas nas emendas submarinas e a sua correlação com a profundidade de instalação no mesmo período. As análises foram realizadas através da avaliação das curvas em arquivos na extensão .Sor obtidas com as medições realizadas pelo OTDR. Os resultados obtidos demostraram que os cabos ópticos em operação sofreram degradações compatíveis com os valores esperados e dados pelo ITU-T, mas também mostraram através da análise de curvas de tendência, que a degradação tem um comportamento logarítmico, e a projeção da curva de tendência para os próximos anos indicou que esses cabos poderão continuar em operação por muito mais anos do que os 25 anos, dados como limite anterior. Foi observado também que a penalidade de potência dada pela perda nas emendas é muito superior a degradação somente nas fibras ópticas, que existe uma correlação positiva entre a profundidade das caixas de emenda e a degradação na emenda e que os cabos sobressalentes degradam muito mais que os cabos em operação. / [en] Submarine optical cables are distributed over most of the oceans around the globe.These cables were installed with greater intensity in the 1990s, despite the fact that the firstoptical submarine cable was installed in 1982 in the Canary Islands. Currently, theimportance of submarine optical cables is very relevant for world communications and hasbeen growing a lot over time with the demand for internet services, led today by largetechnology and social media companies such as Google, Amazon, Meta, etc. Today around 99 percent of all world internet communication goes through undersea cables. The costs forimplanting these cables are very high and, therefore, to provide alternatives for optimizingtheir use by extending their duration for a period longer than their expected useful life,given by international standardization bodies, such as the ITU-T (InternationalTelecommunications Union), and by the manufacturers, which currently is 25 years, is ahuge gain for everyone. The life expectancy given for optical cables was the mainmotivation for the development of this research, whose objectives aim to present evidencethat indicates that the useful life trend of submarine optical cables can reach much morethan the 25 years predicted and in this way contribute to meeting the growing demand fordata transmission in the world, driven by Internet services. The adopted methodology wasto collect measurement data with the OTDR in submarine optical cables over 24 years andto evaluate the degradation suffered by the attenuation coefficient in dB/Km over time ofthe optical fibers of the cables in operation and to compare with the degradation sufferedby the spare cables, and also evaluate the degradation of the losses in the underwater splicesand its correlation with the depth of installation in the same period. The analyzes werecarried out by evaluating the .Sor curves obtained with the measurements performed by theOTDR. The conclusions showed that the optical cables in operation suffered degradationscompatible with the expected values and given by the ITU-T, but also showed through theanalysis of trend curves, that the degradation has a logarithmic behavior, and the projectionof the trend curve for the coming years indicated that these cables could continue to operatefor many more years than the 25 years given as the previous limit. It was also observed thatthe power penalty given by the loss in the splices is much higher than the degradation inthe optical fibers alone, that there is a positive correlation between the depth of the spliceboxes and the degradation in the splice, and that the spare cables degrade much more thanthe cables in operation.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-06-06T14:39:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Tech, Lohane.pdf: 2007649 bytes, checksum: ed3cf3b82a08ab6680c21d8be8071469 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-06T14:39:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Tech, Lohane.pdf: 2007649 bytes, checksum: ed3cf3b82a08ab6680c21d8be8071469 (MD5) Previous issue date: 2018-02-26 / No presente trabalho foram analisadas 25 solos com diversas texturas, do estado do Paraná Brasil. Com o intuito de avaliar os parâmetros de interação da radiação com os solos, as amostras foram submetidas a análise semi-quantitativa por fluorescência de raios X (FRX) por dispersão de energia a fim de se obter os teores dos óxidos que compunham o solo. Dois tamanhos de partículas foram analisados, sendo eles: diâmetro de 45 μm, que é o padrão recomendado pelo fabricante do equipamento de FRX, e diâmetro de 2-1 mm. O teor dos óxidos, o coeficiente de atenuação de massa (⁄), a seção de choque molecular (), a seção de choque atômica (), a seção de choque eletrônica (), o número atômico efetivo () e a densidade eletrônica (), foram analisadas para os 25 solos para os dois tamanhos de partículas. Os resultados mostraram diferenças nos teores de óxidos dos solos entre um tamanho de agregado e outro, constatando mudanças nas porcentagens do óxidos de Al2O3, SiO2 e Fe2O3. Como consequência, houve alteração nos valores dos outros parâmetros analisados, as seções de choque, o número atômico efetivo e a densidade eletrônica. A seção de choque molecular e a densidade eletrônica mostrou dependência com o teor dos óxidos Al2O3 e SiO2, que são encontrados em maior porcentagem nos solos arenosos e nos solos com textura franco, para os dois tamanhos de agregados. A seção de choque atômica mostrou dependência com o número total de unidades de fórmulas moleculares presentes na composição do solo. Já os parâmetros restantes, coeficiente de atenuação de massa, seção de choque eletrônica e número atômico efetivo mostraram dependência com o óxido Fe2O3, que é encontrado em maior teor nas amostras com textura mais argilosa, para os dois tamanhos de agregados. Desta forma, observou-se dependência da textura e do tamanho de partículas ambas com a composição química elementar porque no primeiro caso, diferentes texturas são relacionadas a composição mineral e elementar nos diferentes solos e a segunda devido a conformação dos agregados nos dois conjuntos analisados. / This study analysed 25 soil samples from the State of Paraná, Brazil, with different textures. Aiming at evaluating the parameters of radiation interaction with the matter, the samples were submitted to the semi-quantitative analysis using energy dispersive X-ray (XRF) fluorescence, to obtain the content of oxides contained in the soil mixture. Two particle sizes were analysed, being: the 45 μm, wich is the standard required by the manufacturer of the X-ray fluorescence equipment, and the 2-1mm. The oxide content, mass attenuation coefficient (⁄), molecular cross section (), atomic cross section (), electronic cross section (), effective atomic number () and the electronic density () were analysed in the 25 samples and for the two particle sizes. The results showed differences in the soil oxide content between one aggregate size and the other, revealing changes in the percentage of the Al2O3, SiO2 and Fe2O3 oxides. With the difference observed, there was change in the values of other parameters under analysis, the cross sections, the effective atomic number and the electronic density. The molecular cross section and the effective electronic density showed dependence on the content of Al2O3 and SiO2 oxides, which were found in higher percentages in sandy and loam soils, for both aggregate sizes. The atomic cross section was seen to present dependence on the total number of molecular formula units contained in the soil composition. While the remaining parameters, mass attenuation coefficient, electronic cross sections and the effective atomic number showed dependence on the Fe2O3 oxide, whose higher contents were found in the clay textured samples, for both aggregate sizes. In this way, it was observed texture and size dependency, both with the elementary chemical composition because in the first case, different textures are related to elementary and mineral composition in the different soils and the second due to the conformation of the aggregated in both analyzed arrays.