Orientador: Prof. Dr. Felipe Chen Abrego / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, 2015. / Na indústria de laticínios, são comuns os mais diversos tipos de fraudes, que em geral consistem na diluição do produto com outras substancias, com a intenção de aumentar o lucro. Devido às diversas possíveis conseqüências da contaminação do leite, existe a necessidade de desenvolvimento de métodos para detecção de tais fraudes, que possam ser aplicadas na indústria. As técnicas atualmente usadas vão desde testes químicos, até diversas formas de espectroscopia. Aqui propomos usar espectrometria gama como método para indicar possíveis contaminações no leite UHT. Através da medida do coeficiente de atenuação linear e do coeficiente de atenuação mássico do leite, podemos indicar mudanças na composição do mesmo, sendo que, contaminantes comuns como a água e a uréia parecem alterar o coeficiente de atenuação. Usando uma fonte de 133Ba, encontramos o coeficiente de atenuação mássico do leite e da água e de soluções com uréia para as energias de 32 keV, 81 keV e 360 keV. Os valores encontrados mostram que o leite tem um coeficiente de atenuação mássico mais alto que a água e uréia e que este tende a diminuir com a adição destes. Uma das mais importantes dificuldades no uso da técnica são as incertezas no processo, sendo que, a mais significativa é a decorrente da natureza estatística do processo de decaimento. Dentre as 3 energias usadas, a energia de 32 keV apresentou resultados mais próximos da teoria e menor incerteza que os picos de 81 e 360 keV. Atribuímos isso principalmente a maior intensidade do pico, que tem como efeito diminuir a incerteza decorrente do processo estatístico de decaimento, mas também ao fato da diferença entre os coeficientes de atenuação mássica das substancias analisadas ser maior para baixas energias. Com concluímos que para esse tipo de aplicação, é recomendável o uso de energias baixas, próximos de 32 keV, ou mesmo mais baixos. Independente da energia usada, fontes com alta intensidade também são recomendados. O coeficiente de atenuação pode ser usado para indicar alterações na composição do leite, porém, assim como com a densidade, não há como determinar precisamente a substancia adicionada, sendo necessário para isso outros testes. / In the dairy industry, there are many common types of frauds, which, in general, consist in the addition of other substances to the product, with the intent of increasing profit. Due to the possible consequences of milk contamination, there is the need of developing several methods for detection of such frauds that can be applied in industries. The techniques usually used go from chemical tests to several kinds of spectroscopy. Here we propose to use gamma spectroscopy as method to indicate possible contaminations in UHT milk. Through the measure of the linear attenuation coefficient and the mass attenuation coefficient we can indicate changes in the composition of milk, considering that additions of water and urea seem to change the attenuation coefficient. Using a gamma source of 133Ba, we found the mass attenuation coefficient of milk and water and solutions of urea in the energies of 32, 81 and 360 keV. The experimental results found indicate that milk has a higher mass attenuation coefficient, and it tends to decrease with the addition of water and urea. One of the main difficulties of the use in this technique is the uncertainties in the process, being the main one due to the statistical nature of the decay process. Among the 3 energies used, the energy of 32 keV presented the closest results to theory, and less uncertainty than the 81 and 360 keV peaks. We attribute that mainly to the bigger intensity of the peak, which has as effect lowering the uncertainty during the statistical process of decay, but also to the fact that the difference in the mass attenuation coefficient of the substances in analysis is higher for lower energies. With this we conclude that for this kind of application, it¿s recommended the use of low energies, close to 32 keV or even lower. Regardless of the energy used, sources with high intensity are recommended. The mass attenuation coefficient can be used to find changes in the composition of the milk, but alone, just like with density, it can¿t precisely determine the source of change, other tests being necessary for that purpose.

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)

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)