Este trabalho teve por objetivo o uso do método L TSN para resolver a equação de transporte para uma placa plana heterogênea, usando o modelo de multigrupo em energia. Os cálculos do fluxo de fótons e nêutrons, da taxa de dose absorvida e do fator de "build-up" foram realizados considerando espalhamento isotrópico e condição de contorno tipo vácuo. A aplicação dessa metodologia permitiu obter valores de diversos parâmetros de blindagens que podem ser usados para determinar a espessura mínima necessária para atenuar as radiações a níveis que forneçam taxas de dose absorvida compatíveis com as estabelecidas em normas. Os valores numéricos encontrados apresentam resultados físicos esperados e mostram que o método L TSN constitui-se em uma ferramenta matemática útil para o estudo quantitativo de parâmetros de blindagem. / This work aim is the use of the L TSN method for solving the transport equation to a heterogeneous slab, using the multigroup model in energy. The photons and neutrons flux calculations concerning the absorbed dose rate and of the build-up I factor were accomplished considering isotropic scattering and boundary condition of the vacuum type. The application of that methodology let us to obtain result of diverse shield parameters that can be used to determine the necessary least thickness to attenuate the radiation at leveis that supply absorbed dose rates compatible with the established ones in norms. The numerical values present expected physical results and show that L TSN method is constitutes an useful mathematical tool for the quantitative study of shield parameters.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T18:08:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326722.pdf: 1481471 bytes, checksum: 841ac21455fe6980c71b9d210031b8fd (MD5) Previous issue date: 2014 / A obtenção de misturas poliméricas que associem as propriedades de polímeros de engenharia e as propriedades físico-químicas de materiais semicondutores tem atraído a atenção de vários grupos de pesquisa devido ao grande potencial em aplicações tecnológicas, tais como: blindagem eletromagnética, dissipação de cargas estáticas, sensores químicos, biosensores e sensores eletromecânicos. Várias estratégias têm sido adotadas para obter materiais com tais propriedades, uma delas muito utilizada é a incorporação de aditivos condutores de eletricidade em matrizes de elastômeros termoplásticos. O negro de fumo condutor (NFC) é um material tradicionalmente utilizado como aditivo condutor para ser incorporado em polímeros isolantes por possuir elevada área superficial e condutividade elétrica da ordem de 1 S.cm-1. Entretanto, o polipirrol (PPy) vem sendo intensamente utilizado como aditivo condutor por possuir estabilidade térmica, condutividade elétrica que pode ser controlada conforme seu estado de oxidação e ser facilmente sintetizado em meio aquoso. Neste trabalho, misturas poliméricas condutoras de eletricidade de poliuretano termoplástico (TPU) com diferentes concentrações em massa de NFC ou PPy foram preparadas por mistura por fusão, em um reômetro de torque. A estrutura e propriedades das misturas foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (SEM-FEG), espectroscopia no infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), análise dinâmico-mecânica e termogravimetria (TG). A estabilidade térmica das misturas obtidas foi modificada com a adição do polipirrol e do negro de fumo, assim como as propriedades viscoelásticas. Foram atingidos valores de condutividade próximos a dos aditivos condutores puros e verificou-se que esses materiais são promissores para o uso em blindagem eletromagnética.<br> / Abstract : There is a great interest in developing conducting polymer blends due to the possibility to combine the engineering polymer properties with the physical and chemical properties of semiconductor materials. These materials have been used for several technological application, such as electromagnetic shielding, static charge dissipation, chemical sensors, biosensors and electromechanical sensors. Many strategies have been employed to obtain materials with such properties, a commonly used technique is the incorporation of conductive additives into thermoplastic elastomer matrix. Among the conductive additives, polypyrrole (PPy) has been studied extensively because of its thermal stability, electrical conductivity which can be controlled by the oxidation state and ease of synthesis in aqueous solution. Futhermore, the conductive carbon black (CB) is another conductive additive to obtain conductive composites due to its high surface area and good electrical conductivity which is around 1 S.cm-1. In this work, electric conductive polymer blends composed of thermoplastic polyurethane (TPU) with different weight concentrations of conductive additives were prepared by melt mixing in a torque rheometer. The additives and composites morphologies were analyzed by scanning electron field emission microscopy (FEG - SEM). The structure and properties of these materials were also evaluated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), dynamic mechanical analysis and thermogravimetry (TG). The thermal stability of the obtained mixtures as well as viscoelastic properties were modified with the addition of polypyrrole and carbon black into TPU matrix. The electrical conductivity of the composites is quite similar to that found for neat conductive additives. The results obtained in this work reveal that these composites are promising materials for electromagnetic shielding applications.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / As blindagens híbridas são proteções compostas por placa cerâmica e placa de apoio dúctil. A primeira destrói o projétil e a segunda evita a flexão da cerâmica e absorve a energia cinética restante do impacto. Devido ao aperfeiçoamento dos armamentos, as blindagens híbridas tornaram-se necessárias para substituir blindagens metálicas que estavam se tornando muito pesadas para resistirem ao poder de fogo. A alumina é a cerâmica mais comumente empregada em armaduras devido a sua boa relação custo benefício. Painéis balísticos híbridos na forma de mosaicos são empregados com o objetivo de manter o máximo de cerâmica preservada após um impacto. O encaixe entre placas não é perfeito, deixando espaços vazios. As interfaces são vulneráveis ao impacto e, ainda, a expansão da placa atingida pode danificar as adjacentes. Neste trabalho estudou-se a influência de materiais de preenchimento no desempenho balístico de mosaicos. Variou-se a impedância dos mesmos para alterar a quantidade de onda transmitida para as placas adjacentes. O desempenho foi comparado com a placa cerâmica monolítica. Os materiais estudados para preenchimento foram resina epóxi, argamassa de cimento Portland CP V, materiais odontológicos e geopolímero. Placas de alumina de 99% de pureza com 8 mm de espessura foram obtidas de um fornecedor nacional, caracterizadas e comparadas com aluminas balísticas estudadas por outros autores. As placas foram fixadas com adesivo epóxi bicomponente em blocos de alumínio. Quatro diferentes painéis foram montados: (1) monolítico; (2) sem material de preenchimento; (3) material de preenchimento tipo I e (4) tipo II. Os painéis foram submetidos a ensaio balístico DOP com projétil 7,62 mm perfurante. A alumina nacional mostrou características semelhantes à alumina 98% estudada na literatura, indicando que as placas tem qualidade balística, apesar de um pouco inferior a uma alumina de mesma pureza. O estudo dos materiais de preenchimento indicou a resina epóxi pura e o geopolímero com carga de quartzo como os ideias para aplicação nos gaps, propiciando 9 e 20% de transmissão de ondas, respectivamente. O teste balístico indicou que a curvatura das placas monolíticas afetou a qualidade da camada adesiva, prejudicando seu desempenho. A placa que apresentava boa planaridade teve boa reposta ao impacto, com diâmetro de dano de 98 mm. O mosaico sem preenchimento foi o que apresentou maior dano nas placas adjacentes. Em uma das amostras, todas as placas adjacentes foram fraturadas. Apesar do dano, não houve penetração, apenas impressões deixadas pelos fragmentos, sugerindo que a espessura e as dimensões da placa foram suficientes para obstruir o projétil. O emprego do material de preenchimento se mostrou benéfico, pois evitou a expansão da placa atingida, reduzindo o dano nas outras placas. O epóxi, porém, se mostrou mais eficiente, por apresentar maior adesividade e elasticidade. O emprego de geopolímero evitou a expansão da placa porém levou ao descolamento das adjacentes. Para as condições testadas, o mosaico sem preenchimento não apresentou vantagem sobre a placa monolítica. A condição com preenchimento de epóxi apresentou desempenho significativamente maior do que a condição sem preenchimento.

Este trabalho teve por objetivo o uso do método L TSN para resolver a equação de transporte para uma placa plana heterogênea, usando o modelo de multigrupo em energia. Os cálculos do fluxo de fótons e nêutrons, da taxa de dose absorvida e do fator de "build-up" foram realizados considerando espalhamento isotrópico e condição de contorno tipo vácuo. A aplicação dessa metodologia permitiu obter valores de diversos parâmetros de blindagens que podem ser usados para determinar a espessura mínima necessária para atenuar as radiações a níveis que forneçam taxas de dose absorvida compatíveis com as estabelecidas em normas. Os valores numéricos encontrados apresentam resultados físicos esperados e mostram que o método L TSN constitui-se em uma ferramenta matemática útil para o estudo quantitativo de parâmetros de blindagem. / This work aim is the use of the L TSN method for solving the transport equation to a heterogeneous slab, using the multigroup model in energy. The photons and neutrons flux calculations concerning the absorbed dose rate and of the build-up I factor were accomplished considering isotropic scattering and boundary condition of the vacuum type. The application of that methodology let us to obtain result of diverse shield parameters that can be used to determine the necessary least thickness to attenuate the radiation at leveis that supply absorbed dose rates compatible with the established ones in norms. The numerical values present expected physical results and show that L TSN method is constitutes an useful mathematical tool for the quantitative study of shield parameters.

Este trabalho de tese de doutorado visou identificar as matérias primas naturais produzidas no Brasil e possíveis de serem utilizadas na produção de concretos de elevada massa específica. Desenvolver uma metodologia para a caracterização, preparo, moldagem, ensaios para determinação do coeficiente de atenuação linear experimental, calculo do coeficiente de atenuação linear teórico, e determinação do Z efetivo, culminando com a confecção de um banco de dados embrionário para os concretos de elevada massa específica preparados com matérias primas nacionais. Para tanto foram identificadas onze matérias primas produzidas no Brasil com caracteísticas adequadas para a produção de concretos de elevada densidade. Apresentamos os fundamentos teóricos ao bom entendimento do trabalho tanto no campo da proteção radiológica como naquela dos conceitos que podem ser usados para a produção de blindagem às radiações gama e X. Preparamos vinte e dois tipos de concretos de elevada massa específica com a utilização de matérias primas naturais e nacionais. Os concretos desenvolvidos foram preparados, moldados e ensaiados com uma fonte de 137Cs, de 3,7 1010 Bq (1Ci) de atividade. Foram calculados os coeficientes de atenuação linear com a utilização das análises químicas dos concretos preparados e encontrados os coeficientes de atenução linear experimentais para comparação e avaliação da técnica proposta. Foram medidas as massas específicas dos concretos preparados em virtude de sua importância para a formação da seção de choque do composto quando da predominância do efeito Compton, e determinado o Z efetivo para a região predominante do efeito fotoelétrico. Por fim foram calculados os custos de produção levando-se em conta somente os custos das matérias primas. Para as massas específicas os concretos apresentaram uma variação de 2,74 kg/dm3 até 3,76 kg/dm3, já para o coeficiente de atenuação linear experimental a variação foi de 0,2137 cm-1 a 0,2860 cm-1, o Z efetivo variou de 19 a 25. Finalizando o trabalho foram discutidos os resultados e sugeridos preferências de concretos para utilização em blindagens com a aplicação de alguns conceitos. Comparando os resultados encontrados com vários outros publicados em trabalhos internacionais, verificamos o grau de similaridade. / This PhD thesis the natural raw materials produced in Brazil and in the production of high density concrete. Furthermore, we also develop a methodology for characterization, preparation, molding, testing to determine the linear attenuation coefficient of experimental, theoretical calculation of the linear attenuation coefficient, and determination of the effective Z, culminating with the production of an embryo stock data for the specific high density prepared with local raw materials. For this, we identified eleven raw materials produced in Brazil with suitable characteristics for the production of high density concrete. We present the theoretical understanding of radiological protection and in the fundamental concepts that can be used to produce shielding for gamma and X radiation. During the work, we prepared twenty-two concrete types of high specific weight, with the use of natural materials and domestic materials. These new concretes were prepared, molded and tested with a Cs-137 source (3.7.1010 Bq (1Ci) activity). The linear attenuation coefficients were calculated employing the chemical analyzes of the prepared concrete and the experimental linear attenuation coefficients were also determined for comparison and evaluation of the proposed technique. The specific masses of the concrete samples were determined, given their importance to the cross section for the Compton Effect predominance. The effective Z was also determined were the photoelectric effect was predominant. Finally, the production costs were considered, taking into account only the cost of the raw materials. For the specific masses, the concretes presented a variation from 2.74 kg/dm3 to 3.76 kg/dm3. In the case of the experimental linear attenuation coefficient the variation was from 0.2137 cm-1 to 0.2860 cm-1, and the effective Z varied from 19 to 25. As conclusion, the results were discussed e the preferred concretes for the shielding purposes were suggested. Comparing the results with other published international work, we find the degree of similarity.

Este trabalho teve por objetivo o uso do método L TSN para resolver a equação de transporte para uma placa plana heterogênea, usando o modelo de multigrupo em energia. Os cálculos do fluxo de fótons e nêutrons, da taxa de dose absorvida e do fator de "build-up" foram realizados considerando espalhamento isotrópico e condição de contorno tipo vácuo. A aplicação dessa metodologia permitiu obter valores de diversos parâmetros de blindagens que podem ser usados para determinar a espessura mínima necessária para atenuar as radiações a níveis que forneçam taxas de dose absorvida compatíveis com as estabelecidas em normas. Os valores numéricos encontrados apresentam resultados físicos esperados e mostram que o método L TSN constitui-se em uma ferramenta matemática útil para o estudo quantitativo de parâmetros de blindagem. / This work aim is the use of the L TSN method for solving the transport equation to a heterogeneous slab, using the multigroup model in energy. The photons and neutrons flux calculations concerning the absorbed dose rate and of the build-up I factor were accomplished considering isotropic scattering and boundary condition of the vacuum type. The application of that methodology let us to obtain result of diverse shield parameters that can be used to determine the necessary least thickness to attenuate the radiation at leveis that supply absorbed dose rates compatible with the established ones in norms. The numerical values present expected physical results and show that L TSN method is constitutes an useful mathematical tool for the quantitative study of shield parameters.

O transporte de materiais radioativos deve ser realizado em embalados capazes de suportar tanto condições normais, quanto acidentais de transporte. O objetivo deste trabalho foi a seleção de materiais que possam viabilizar a fabricação de um embalado para o transporte de substâncias que sejam fontes de alta radioatividade, em especial o Mo-99, cujo produto do decaimento radioativo é o Tc-99m, utilizado para fins diagnósticos na medicina nuclear. Para tanto, foi realizada a seleção dos possíveis materiais que podem ser utilizados para a fabricação de um embalado, com o auxílio do programa CES EduPack e a metodologia desenvolvida por Ashby. O programa ESTAR foi utilizado para verificar a ocorrência de radiação de freamento e o programa XCOM para o cálculo do coeficiente de atenuação da radiação gama de alguns dos materiais selecionados para compor a blindagem do embalado. Posteriormente, a espessura necessária para a blindagem da radiação foi calculada. A partir dos resultados obtidos, os materiais selecionados como candidatos potenciais para a fabricação da blindagem foram as ligas de tungstênio. Com relação à parte do embalado que oferece isolamento térmico e proteção ao impacto, destacam-se as madeiras, os aglomerados e os compensados. No que concerne ao revestimento interno e externo, os materiais selecionados se concentram nos aços. / The transport of radioactive materials must be done in packages able to withstand both normal and accidental conditions of transport. The aim of this work was the material selection that can enable the manufacture of a package for the transport of substances which are of high radioactivity sources, especially Mo-99, whose radioactive decay product is Tc-99m, used for diagnosis purposes in nuclear medicine. For this, the selection of possible materials that can be used for the manufacture of the main parts of the package was performed with the aid of CES Edupack program and the methodology developed by Ashby. The ESTAR program was used to check occurrence of Bremsstrahlung and the XCOM program was used to calculate the attenuation coefficient of gamma radiation from some of the selected materials for the shield. After, the thickness needed for the radiation shielding was calculated. From the results, the materials selected as potential candidates for the manufacture of the shielding was the tungsten alloys. Related to the thermal insulation and the impact protection, woods, plywoods and particleboards stand out. With regard to internal and external recipients, the selected materials focus on steels.

O Kevlar, um tecido de fibras de poli (p-aramida), é um material amplamente utilizado em produtos que requerem uma elevada capacidade de absorção de energia de impacto, como as aplicações de proteção balística. Em tais aplicações faz-se necessário um material de elevada resistência mecânica, propriedade em que o Kevlar se destaca entre outros materiais não poliméricos, devido ao fato de tal resistência estar associada a um baixo peso. Entre os mecanismos de absorção de energia deste material, estão: o atrito entre filamentos, o atrito entre as fibras do tecido e a mobilidade das fibras. Surge, então, a possibilidade de alterar a superfície das fibras, de forma a melhorar o desempenho do Kevlar no momento do impacto. Para alterar a superfície das fibras do tecido, foi utilizado neste trabalho o processo de impregnação por via úmida. Para tanto foi utilizada uma dispersão de carbeto de silício (SiC) em etanol, sendo o pó de SiC previamente cominuído e caracterizado por difratometria de raios-X, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise de distribuição de tamanhos e análise de impurezas pela técnica de absorção atômica. Foram utilizados três métodos de impregnação: imersão do Kevlar por 15 min na dispersão, imersão do Kevlar por 30 min na dispersão e imersão do Kevlar por 30 min na dispersão com mudança de lados. Neste último método, a face que estava em contato com o fundo do recipiente foi virada após 15 min, de forma que cada face do tecido permanecesse 15 min voltada para cima. Após a impregnação por diferentes métodos, as amostras de Kevlar foram caracterizadas quanto ao teor e distribuição das partículas de SiC no tecido, quanto à interação química entre SiC e Kevlar, quanto às características tribológicas superficiais e também quanto à resistência ao pull-out. Nos ensaios tribológicos foi notável a diferença entre os coeficientes de atrito ao se comparar a amostra como recebida com as demais. Aquela apresentou o menor coeficiente de atrito metal-tecido. Ao se comparar os coeficientes de atrito das amostras impregnadas e da amostra tratada com etanol foi possível notar que estes coeficientes apresentam valores próximos. No método de impregnação com alternância de lados, foi obtido um aumento maior que 150 % na força máxima registrada durante a extração do filamento, sendo este o método que apresentou o maior valor de força máxima. A impregnação do Kevlar com partículas de SiC se mostrou, portanto, eficiente na alteração da resistência do tecido ao pull-out, o que pode resultar em uma melhor capacidade de absorção de energia de impacto balístico deste tecido.

Este trabalho apresenta as medidas das taxas de reação nuclear ao longo da direção radial da pastilha combustível por irradiação e posterior espectrometria gama de um fino disco de UO2 com enriquecimento de 4,3% no reator IPEN/MB- 01. A partir de sua irradiação, a taxa de captura radioativa e de fissão foram medidas em função do raio do disco utilizando um detector HPGe. Colimadores de chumbo foram utilizados para esse fim. O disco de UO2 é inserido no interior de uma vareta combustível desmontável e esta é então colocada na posição central do núcleo do reator IPEN/MB-01 e irradiada durante uma hora sob um fluxo de nêutrons de aproximadamente 9 x 108 n/cm2s. Na espectrometria gama, 10 colimadores com diâmetros diferentes foram utilizados, consequentemente, as reações nucleares de captura radioativa que ocorrem nos átomos de 238U e as fissões que ocorrem em ambos 235U e 238U são mensuradas em função de 10 regiões distintas do disco combustível. Correções de eficiência geométrica devido à introdução dos colimadores no sistema de detecção HPGe foram estimados usando o código MCNP-4C. Alguns valores calculados da taxa de reação nuclear de captura radioativa e fissão obtidos pela metodologia de Monte Carlo, utilizando o código MCNP-4C, são apresentados e comparados aos dados experimentais apresentando boa concordância. Além de taxas de reação nuclear, os índices espectrais 28&rho; e 25&delta; foram obtidos para cada raio do disco combustível. / This work presents the measurements of the nuclear reaction rates along the radial direction of the fuel pellet by irradiation and posterior gamma spectrometry of a thin slice of fuel pellet of UO2 with 4,3% enrichment. From its irradiation the rate of radioactive capture and fission have been measured as a function of the radius of the pellet disk using a HPGe detector. Lead collimators has been used for this purpose. Simulating the fuel pellet in the pin fuel of the IPEN/MB-01 reactor, a thin UO2 disk is used. This disk is inserted in the interior of a dismountable fuel rod. This fuel rod is then placed in the central position of the IPEN/MB-01 reactor core and irradiated during 1 hour under a neutron flux of around 9 x 108 n/cm2s. For gamma spectrometry 10 collimators with different diameters have been used, consequently, the nuclear reactions of radioactive capture that occurs in atoms of 238U ans fissions that occur on both 235U and 238U are measured in function of 10 different region (diameter of collimator) of the fuel pellet disk. Corrections in the geometric efficiency due to introduction of collimators on HPGe detection system were estimated using photon transport of MCNP-4C code. Some calculated values of nuclear reaction rate of radioactive capture and fission along of the radial direction of the fuel pellet obtained by Monte Carlo methodology, using the MCNP-4C code, are presented and compared to the experimental data showing very good agreement. Besides nuclear reaction rates, the spectral indices 28&rho; and 25&delta; have been obtained at each different radius of the fuel pellet disk.

O aumento da capacidade de penetração dos novos projéteis, utilizados tanto em operações de guerra como na violência urbana, tem obrigado o desenvolvimento contínuo de materiais mais resistentes e mais leves no emprego de blindagens. Na aplicação aeronáutica, os fatores peso e eficiências balísticas são extremamente críticos. Uma blindagem tem que oferecer proteção contra calibres de munição antiaérea sem acrescentar muito peso, para que a autonomia e capacidade de carregar armamentos não sejam limitadas. As blindagens que melhor desempenham esse papel são do tipo cerâmica/compósito. Contudo uma grande quantidade de combinações é possível, variando o tipo de cerâmica e de compósito. No presente trabalho foram abordados dois tipos de estudos. O primeiro estudo abordado é um modelo analítico que representa o impacto de um projétil sobre uma blindagem cerâmica/compósito, cuja simulação foi rodada em MATLAB V.5. Na simulação, os valores da V50 foram obtidos para os painéis de Al2O3/aramida e B4C/aramida contra os projéteis 7,62x51mm AP e 0,50 pol. NATO AP, respectivamente. O ensaio do painel SiC/aramida contra 0,50 pol. NATO AP serviu para calibrar a simulação e determinar o valor da deformação máxima da base, que é o critério de falha do modelo. Os resultados da simulação comparados com os resultados obtidos nos ensaios foram bem próximos, indicando que o modelo analítico é representativo. O segundo estudo é uma análise da vulnerabilidade de uma aeronave. Desta forma, um cone de ameaças é definido tendo a aeronave no seu vértice e os inimigos distribuídos aleatoriamente em sua base. Através de composição vetorial de velocidade calculam-se a velocidade de impacto e a seção oblíqua do projétil paralela ao plano da aeronave. Dessa forma é possível determinar a espessura necessária para proteger aquela área, utilizando a simulação, e assim otimizar a blindagem para que ela tenha o melhor quociente desempenho balístico/peso.