Neste trabalho estudamos a dinâmica fracamente não linear de ondas eletromagnéti- cas localizadas em interações laser-plasma. Ao se propagarem, estas ondas perturbam a densidade de elétrons do plasma e eventualmente originam campos elétricos por efeitos de space-charge. Estes campos por sua vez afetam a dinâmica das ondas, ou seja, a dinâmica de ambos é acoplada. Modelamos a onda localizada através de uma equação para seu envelope e tratamos o plasma como um fluído eletrônico frio, com alta mobilidade, e um fundo iônico fixo neutralizador . Inicialmente investigamos a dinâmica longitudinal da propagação autoconsistente de pulsos laser em plasmas. Nesta configuração, os campos elétricos no plasma são exci- tados no rastro dos pulsos, sendo por isto denominados wakefields. Desenvolvemos um modelo composto por duas equações, uma para o envelope do pulso laser e outra para o wakefield, no qual as interações entre ambos são plenamente consideradas na análise da evolução temporal e da estabilidade do pulso. Aplicando técnicas de lagrangeano efetivo e o método variacional obtemos uma equação para a dinâmica aproximada da largura dos pulsos, utilizada para fazer estimativas analíticas sobre dois casos-limite: pulsos largos e pulsos estreitos. Enquanto pulsos largos podem ou não manter a sua forma localizada de- pendendo da sua potência, pulsos muito estreitos sempre tendem a se dispersar à medida que o tempo avança. Em seguida estudamos a propagação de feixes laser focalizados, incluindo a dinâmica transversal em um modelo desenvolvido sem o uso da aproximação paraxial. Este mo- delo, direcionado à análise de regimes estacionários quando observados no referencial do feixe, nos permite obter uma condição de equilíbrio para os perfis transversais do mesmo. Examinamos a dependência de tais perfis nos parâmetros de controle e a estabilidade de feixes levemente descasados dos perfis de equilíbrio. Embora os detalhes da dinâmica dos feixes dependam das condições iniciais, feixes descasados sempre evoluem para padrões espaço-temporais incoerentes, independente da precisão adotada em tais condições. Em ambos os sistemas abordados, os modelos podem ser aplicados para estudar pro- pagação de ondas em plasmas com densidades arbitrárias, uma vez que foram construídos sem aproximar a velocidade de propagação da onda eletromagnética pela velocidade da luz no vácuo (algo usual no estudo de plasmas com baixa densidade, do tipo underdense). / In the present analysis we study the weakly nonlinear dynamics of localized electro- magnetic waves in laser-plasma interactions. As these waves are injected into plasmas, they disturb its electronic density and eventually give rise to space-charge fields, which in turn affect back the waves. In other words, their dynamics is coupled. We model the localized wave using an equation for its envelope and we treat the plasma as consisting of a mobile cold electronic fluid and a neutralizing fixed ionic background. We first investigate the longitudinal self-consistent dynamics propagation of laser pul- ses in plasmas. Here the space-charge fields in the plasma are excited in the wake of the pulses, thus being called wakefields. We develop a model consisting of two equations, one for the pulse envelope, another for the wakefield, and the interactions between both are fully taken to account to analyze the pulse time dependent dynamics and stability. Ap- plying effective Lagrangian techniques and the variational approach we derive an equation for the approximated dynamics of a pulse width, which is used in order to obtain some analytical estimates about two limit-cases: wide and narrow pulses. While wide pulses may or may not retain the localized shape depending on their power, narrower pulses always tend to delocalize as time evolves. Next we study the propagation of focused laser beams, taking to account the trans- verse dynamics in a model derived avoiding any assumption on paraxial conditions. This model, directed to the analysis of stationary regimes when observed in the co-moving coordinate of the beam frame, allows us to obtain an equilibrium condition for the beam transverse profiles. We examine the dependence of equilibrium profiles on control para- meters and the stability of beams as one adds small mismatches to the ideally matched equilibrium. Details of beam evolution depend on initial conditions. However, indepen- dently of the precise form of initial conditions, mismatched beams evolve to incoherent space-time patterns. In both systems discussed, the models can be applied to study the wave propagation in plasmas with arbitrary densities, since they were constructed without approximating the group velocity of the wave by the speed of light in vacuum (something usual when studying underdense plasmas).

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this Thesis we studied through first principles methods the effects of uniform transversal electric fields on the structural and electronic properties of carbon nanotubes. We study the formation of Si-doped carbon nanotubes through the interaction of Si with single-vacant nanotubes and investigate the action of electric fields on semiconducting and metallic carbon nanotubes, both pure carbon, carboxylated or Si-doped nanotubes. All investigations were done using computational first principles simulations based on the density functional theory using the SIESTA code. Firstly, we show that carbon nanotubes with single vacancies are highly reactive centers, which can be used as adsorbing sites for selected substances to form covalent bonds on surface. This feature is used to investigate the possibility of forming Si-doped carbon nanotube, analyzing possible energetic barriers and observing the steps of the structural rearrangement to the complete stabilization. The effect of the transversal electric field applied on carbon nanotubes was also investigated. The applied field has a remarkable influence on electronic structure of the semiconductor carbon nanotubes, leading to a band gap decreasing which is dependent on the field intensity and nanotube radius, including a possible semiconductormetal transition. It is also observed that the electric field induces electric polarization and a comparison between semiconductor and metal tubes is presented. In the same way, the action of transversal electric fields on semiconductor and metallic carbon nanotubes functionalized with carboxylic group was estimated. We observe that the presence of carboxyl in the nanotube surface modifies the response to the electric field, leading to considerable alterations on the electronic structure of the original system, such as energy bands, inducing an electric polarization and charge transfers between the adsorbed molecules and the carbon nanotube. Therefore, we also study the electric fields action on carboxylated Si-doped carbon nanotubes. The electronic and structural properties of these systems are analyzed and the results discussed. / Na presente Tese estudamos através de métodos de primeiros princípios os efeitos de campos elétricos uniformes transversais sobre as propriedades eletrônicas e estruturais de nanotubos de carbono. Apresentamos o estudo da formação de nanotubos de carbono dopados com Si através da interação com nanotubos apresentando vacâncias simples e investigamos a ação de campos elétricos sobre nanotubos de carbono semicondutores e metálicos, sejam eles puros, funcionalizados por ácido carboxílico ou dopados com Si. Toda investigação foi realizada através de simulações computacionais baseadas na teoria do funcional da densidade, utilizando-se, para tanto, o código computacional SIESTA. Uma revisão teórica dos métodos é apresentada, bem como as justificativas de emprego desta metodologia. Mostramos inicialmente que nanotubos de carbono apresentando vacâncias simples constituem um centro de alta reatividade, que pode ser empregado para adsorver substâncias de interesse e formar ligações covalentes com sua superfície. Utilizamos esta característica para investigar a possível formação de um nanotubo dopado com Si, analisando possíveis barreiras de energia e observando os diversos passos de rearranjo estrutural até a estabilização do sistema. Apresentamos, em seguida, os efeitos de campos elétricos transversais sobre nanotubos de carbono. Mostramos que campos elétricos transversais têm efeitos marcantes sobre a estrutura eletrônica de nanotubos semicondutores, provocando uma diminuição do gap de banda que depende da intensidade do campo aplicado e do raio do nanotubo, podendo ocorrer uma transição semicondutor-metal. Observamos que estes campos provocam uma polarização dos nanotubos, e apresentamos as diferenças observadas nesta resposta por nanotubos semicondutores e metálicos. Estudamos a ação de campos elétricos transversais sobre nanotubos semicondutores e metálicos funcionalizados com carboxila. Observamos que a presença deste grupo na superfície permite uma nova resposta aos campos elétricos, levando a alterações substanciais nas propriedades eletrônicas do sistema, como bandas de energia e densidades de estado, além de modificar a população eletrônica, levando à polarização do sistema. Finalizamos esta Tese com o estudo da ação de campos elétricos sobre nanotubos dopados com Si e com o sistema formado por um nanotubo dopado com Si e funcionalizados com ácido carboxílico. A influência destas modificações estruturais sobre as propriedades eletrônicas são apresentadas e os resultados, discutidos. Apresentamos, finalmente, as conclusões pertinentes a este trabalho, com suas implicações e possíveis conexões com a prática de realização experimental.

Neste trabalho estudamos a dinâmica fracamente não linear de ondas eletromagnéti- cas localizadas em interações laser-plasma. Ao se propagarem, estas ondas perturbam a densidade de elétrons do plasma e eventualmente originam campos elétricos por efeitos de space-charge. Estes campos por sua vez afetam a dinâmica das ondas, ou seja, a dinâmica de ambos é acoplada. Modelamos a onda localizada através de uma equação para seu envelope e tratamos o plasma como um fluído eletrônico frio, com alta mobilidade, e um fundo iônico fixo neutralizador . Inicialmente investigamos a dinâmica longitudinal da propagação autoconsistente de pulsos laser em plasmas. Nesta configuração, os campos elétricos no plasma são exci- tados no rastro dos pulsos, sendo por isto denominados wakefields. Desenvolvemos um modelo composto por duas equações, uma para o envelope do pulso laser e outra para o wakefield, no qual as interações entre ambos são plenamente consideradas na análise da evolução temporal e da estabilidade do pulso. Aplicando técnicas de lagrangeano efetivo e o método variacional obtemos uma equação para a dinâmica aproximada da largura dos pulsos, utilizada para fazer estimativas analíticas sobre dois casos-limite: pulsos largos e pulsos estreitos. Enquanto pulsos largos podem ou não manter a sua forma localizada de- pendendo da sua potência, pulsos muito estreitos sempre tendem a se dispersar à medida que o tempo avança. Em seguida estudamos a propagação de feixes laser focalizados, incluindo a dinâmica transversal em um modelo desenvolvido sem o uso da aproximação paraxial. Este mo- delo, direcionado à análise de regimes estacionários quando observados no referencial do feixe, nos permite obter uma condição de equilíbrio para os perfis transversais do mesmo. Examinamos a dependência de tais perfis nos parâmetros de controle e a estabilidade de feixes levemente descasados dos perfis de equilíbrio. Embora os detalhes da dinâmica dos feixes dependam das condições iniciais, feixes descasados sempre evoluem para padrões espaço-temporais incoerentes, independente da precisão adotada em tais condições. Em ambos os sistemas abordados, os modelos podem ser aplicados para estudar pro- pagação de ondas em plasmas com densidades arbitrárias, uma vez que foram construídos sem aproximar a velocidade de propagação da onda eletromagnética pela velocidade da luz no vácuo (algo usual no estudo de plasmas com baixa densidade, do tipo underdense). / In the present analysis we study the weakly nonlinear dynamics of localized electro- magnetic waves in laser-plasma interactions. As these waves are injected into plasmas, they disturb its electronic density and eventually give rise to space-charge fields, which in turn affect back the waves. In other words, their dynamics is coupled. We model the localized wave using an equation for its envelope and we treat the plasma as consisting of a mobile cold electronic fluid and a neutralizing fixed ionic background. We first investigate the longitudinal self-consistent dynamics propagation of laser pul- ses in plasmas. Here the space-charge fields in the plasma are excited in the wake of the pulses, thus being called wakefields. We develop a model consisting of two equations, one for the pulse envelope, another for the wakefield, and the interactions between both are fully taken to account to analyze the pulse time dependent dynamics and stability. Ap- plying effective Lagrangian techniques and the variational approach we derive an equation for the approximated dynamics of a pulse width, which is used in order to obtain some analytical estimates about two limit-cases: wide and narrow pulses. While wide pulses may or may not retain the localized shape depending on their power, narrower pulses always tend to delocalize as time evolves. Next we study the propagation of focused laser beams, taking to account the trans- verse dynamics in a model derived avoiding any assumption on paraxial conditions. This model, directed to the analysis of stationary regimes when observed in the co-moving coordinate of the beam frame, allows us to obtain an equilibrium condition for the beam transverse profiles. We examine the dependence of equilibrium profiles on control para- meters and the stability of beams as one adds small mismatches to the ideally matched equilibrium. Details of beam evolution depend on initial conditions. However, indepen- dently of the precise form of initial conditions, mismatched beams evolve to incoherent space-time patterns. In both systems discussed, the models can be applied to study the wave propagation in plasmas with arbitrary densities, since they were constructed without approximating the group velocity of the wave by the speed of light in vacuum (something usual when studying underdense plasmas).

Neste trabalho estudamos a dinâmica fracamente não linear de ondas eletromagnéti- cas localizadas em interações laser-plasma. Ao se propagarem, estas ondas perturbam a densidade de elétrons do plasma e eventualmente originam campos elétricos por efeitos de space-charge. Estes campos por sua vez afetam a dinâmica das ondas, ou seja, a dinâmica de ambos é acoplada. Modelamos a onda localizada através de uma equação para seu envelope e tratamos o plasma como um fluído eletrônico frio, com alta mobilidade, e um fundo iônico fixo neutralizador . Inicialmente investigamos a dinâmica longitudinal da propagação autoconsistente de pulsos laser em plasmas. Nesta configuração, os campos elétricos no plasma são exci- tados no rastro dos pulsos, sendo por isto denominados wakefields. Desenvolvemos um modelo composto por duas equações, uma para o envelope do pulso laser e outra para o wakefield, no qual as interações entre ambos são plenamente consideradas na análise da evolução temporal e da estabilidade do pulso. Aplicando técnicas de lagrangeano efetivo e o método variacional obtemos uma equação para a dinâmica aproximada da largura dos pulsos, utilizada para fazer estimativas analíticas sobre dois casos-limite: pulsos largos e pulsos estreitos. Enquanto pulsos largos podem ou não manter a sua forma localizada de- pendendo da sua potência, pulsos muito estreitos sempre tendem a se dispersar à medida que o tempo avança. Em seguida estudamos a propagação de feixes laser focalizados, incluindo a dinâmica transversal em um modelo desenvolvido sem o uso da aproximação paraxial. Este mo- delo, direcionado à análise de regimes estacionários quando observados no referencial do feixe, nos permite obter uma condição de equilíbrio para os perfis transversais do mesmo. Examinamos a dependência de tais perfis nos parâmetros de controle e a estabilidade de feixes levemente descasados dos perfis de equilíbrio. Embora os detalhes da dinâmica dos feixes dependam das condições iniciais, feixes descasados sempre evoluem para padrões espaço-temporais incoerentes, independente da precisão adotada em tais condições. Em ambos os sistemas abordados, os modelos podem ser aplicados para estudar pro- pagação de ondas em plasmas com densidades arbitrárias, uma vez que foram construídos sem aproximar a velocidade de propagação da onda eletromagnética pela velocidade da luz no vácuo (algo usual no estudo de plasmas com baixa densidade, do tipo underdense). / In the present analysis we study the weakly nonlinear dynamics of localized electro- magnetic waves in laser-plasma interactions. As these waves are injected into plasmas, they disturb its electronic density and eventually give rise to space-charge fields, which in turn affect back the waves. In other words, their dynamics is coupled. We model the localized wave using an equation for its envelope and we treat the plasma as consisting of a mobile cold electronic fluid and a neutralizing fixed ionic background. We first investigate the longitudinal self-consistent dynamics propagation of laser pul- ses in plasmas. Here the space-charge fields in the plasma are excited in the wake of the pulses, thus being called wakefields. We develop a model consisting of two equations, one for the pulse envelope, another for the wakefield, and the interactions between both are fully taken to account to analyze the pulse time dependent dynamics and stability. Ap- plying effective Lagrangian techniques and the variational approach we derive an equation for the approximated dynamics of a pulse width, which is used in order to obtain some analytical estimates about two limit-cases: wide and narrow pulses. While wide pulses may or may not retain the localized shape depending on their power, narrower pulses always tend to delocalize as time evolves. Next we study the propagation of focused laser beams, taking to account the trans- verse dynamics in a model derived avoiding any assumption on paraxial conditions. This model, directed to the analysis of stationary regimes when observed in the co-moving coordinate of the beam frame, allows us to obtain an equilibrium condition for the beam transverse profiles. We examine the dependence of equilibrium profiles on control para- meters and the stability of beams as one adds small mismatches to the ideally matched equilibrium. Details of beam evolution depend on initial conditions. However, indepen- dently of the precise form of initial conditions, mismatched beams evolve to incoherent space-time patterns. In both systems discussed, the models can be applied to study the wave propagation in plasmas with arbitrary densities, since they were constructed without approximating the group velocity of the wave by the speed of light in vacuum (something usual when studying underdense plasmas).

Orientadores: Jose Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T21:37:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_PedroXavierde_D.pdf: 1201901 bytes, checksum: 1bcd2243dc00b131571c89796a38a8f8 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A desfibrilação é a única terapia conhecida para reverter o quadro de fibrilação ventricular. Entretanto, a estimulação do coração com campos elétricos de grande magnitude durante a desfibrilação pode lesar miócitos cardíacos, e, como conseqüência, a eficiência contrátil do coração ser reduzida. Neste trabalho, estudamos o efeito da estimulação por campo elétrico (E) de alta intensidade sobre miócitos cardíacos isolados de rato. O valor máximo de potencial extracelular gerado por E (Ve-max) foi estimado usando-se um modelo eletromagnético. Os principais resultados foram: a) A aplicação de E de alta intensidade causa aumento sustentado de [Ca2+] citoplasmática ([Ca2+ ]i), bem como contratura, que são dependentes de [Ca2+] extracelular; para campos maiores que 50 V/cm, estas respostas são irreversíveis e levam à morte celular; b) retículo sarcoplásmatico, mitocôndrias, trocador Na+-Ca2+ de canais de Ca2+ do sarcolema não contribuem de forma significativa para estes efeitos; c) durante aplicação de choques a células despolarizadas com alta [K+] extracelular, observou-se um incremento de Ve-max semelhante ao valor do potencial transmembrana de repouso (Vm ~-85 mV), o que indica que Ve-max pode ser considerado uma estimativa razoável da máxima variação de Vm durante o choque; d) aumento da resistência celular ao efeito letal de E, avaliada pelo valor de E associado a probabilidade de letalidade de 50% (EL50), ocorreu com a aplicação de pulsos bipolares da mesma energia, durante a estimulação de receptores ß- adrenérgicos, e em miócitos isolados de animais nos quais foi induzido stress por imobilização e choques nas patas repetidos. Conclui-se que: a) O aumento sustentado de [Ca2+]i ocorre provavelmente por influxo do íon através de poros hidrofílicos formados na membrana devido à imposição de E de alta intensidade (eletroporação); b) a superioridade de pulsos desfibrilatórios bipolares, já descrita na literatura, pode dever-se, pelo menos em parte, pelo menor potencial letal desta forma de onda; c) tanto a estimulação ß-adrenérgica in vitro, quanto a condição de stress parecem conferir proteção contra o efeito letal de E. Espera-se que estes resultados representem uma contribuição para o desenvolvimento de procedimentos mais seguros, tanto para desfibrilação, quanto para estimulação marca-passo do coração / Abstract: Electric defibrillation is currently the treatment able to reverse ventricular fibrillation. However, cardiac stimulation with high-intensity electric fields may cause injury to myocardial cells, thus impairing cardiac contractility. In this study, the effects of highintensity electric fields (E) on isolated rat ventricular myocytes were analyzed. The maximum value of field-induced extracellular potential (Ve-max) was estimated using an electromagnetic model. Our main results were: a) Application of high-intensity E causes sustained increase in cytosolic [Ca2+] ([Ca2+]i) and marked cell contracture, and both effects depend on the presence of extracellular Ca2+; for E> 50 V/cm, these responses are irreversible and lethal injury develops; b) sarcoplasmic reticulum, mitochondria, Na+-Ca2+ exchanger and sarcolemmal L-type Ca2+ channels do not seem to contribute significantly to such effects; c) when shocks were applied to cells depolarized by high extracellular [K+], Ve-max was increased by an extent that was close to the value of the resting transmembrane potential (Vm ~-85 mV), which indicates that Ve-max may be considered a reasonable estimation of the maximum variation of Vm during the shock; d) increase in cell resistance to the lethal effect of E, assessed as the value of E associated to 50% probability of lethality (EL50), was observed during application of biphasic stimuli with the same pulse energy, during ß-adrenergic receptor stimulation, and in myocytes isolated from rats in which stress was induced by repeated immobilization and footshock. It may be concluded that: a) The sustained increase in [Ca2+]i is probably due to Ca2+ influx through hydrophilic membrane pores generated during application of high-intensity E (electroporation); b) the better defibrillation results described in the literature with biphasic shock may be due, at least partly, to the lesser ability of this waveform to cause lethal injury; c) both in vitro ß-adrenergic stimulation and the stress condition in vivo appear to exert a protective effect against the lethal effect of E. We expect that the present results may contribute to the development of safer procedures for both pacemaker and defibrillatory field stimulation of the myocardium / Doutorado / Engenharia Biomedica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Pedro Xavier de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-25T18:17:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zoccoler_Marcelo_M.pdf: 48059333 bytes, checksum: f5fb08bbb5d770ad29791611d11fa8fa (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A fibrilação ventricular é uma quadro extremamente grave de ameaça imediata à vida e a única terapia efetiva para sua reversão é a desfibrilação, que consiste na aplicação de campos elétricos (E) de alta intensidade sobre o coração. Este procedimento é capaz de restabelecer o sincronismo do coração, mas ele pode causar lesão em miócitos. A lesão depende da direção de E e é atribuída à eletroporação - formação de poros hidrofílicos na membrana celular - que leva a um aumento expressivo da concentração de íons Ca2+ livres no citosol ([Ca2+]i), resultante de influxo de Ca2+ extracelular pelos poros. Neste trabalho, produzimos um sistema de microfluorimetria capaz de registrar imagens de fluorescência de miócitos cardíacos isolados e estudamos a lesão causada por E de alta intensidade por meio do aumento da fluorescência associada a [Ca2+]i em miócitos orientados longitudinalmente e transversalmente a E. As células foram carregadas com o indicador de fluorescência Fluo-3, estimuladas a 0,5Hz por E de baixa intensidade antes da aplicação de um pulso de E de alta intensidade sub-letal. As imagens de fluorescência foram capturadas por uma câmera EMCCD e processadas por um software específico desenvolvido neste trabalho. O software utilizou dois métodos de análise: média de fluorescência normalizada e razão de uma área que mostrou aumento significativo de fluorescência dividida pela área total da célula. Análise de regiões de interesse (ROIs) voltadas para o ânodo e o cátodo produziu resultados em concordância com a literatura, com maior lesão (inferida por aumento de [Ca2+]i) no lado do ânodo (P<0,05 nos dois os métodos). A comparação entre os grupos longitudinal e transversal apresentou diferença estatística relevante no método da razão de áreas, o que não ocorreu pelo método de média de fluorescência. Imaginamos que a utilização de uma técnica mais direta para medir eletroporação possa solidificar esta correlação entre orientação e lesão. A compreensão dos mecanismos responsáveis pela severidade das lesões é importante para desenvolver terapias mais seguras / Abstract: Ventricular fibrillation is an extremely dangerous immediate life-threatening condition and the only effective therapy to its reversion is defibrillation, which consists in applying high intensity electric fields (E) on the heart. Such procedure is capable of reestablishing heart synchronism, but it may also cause lesion in myocytes. Lesion is associated to E direction and is assigned to electroporation - generation of hydrophilic pores across the membrane caused by high intensity E - which results in an expressive increase in cytosol free Ca2+ concentration ([Ca2+]i), a consequence from extracellular Ca2+ influx through the pores. In this work, we produced a microfluorimetry system capable of recording isolated cardiomyocytes fluorescence images and studied lesion caused by high intensity E by the means of the rise in [Ca2+]i associated fluorescence in myocytes oriented longitudinally and transversally to E. Cells were loaded with fluorescent dye Fluo-3, paced at 0,5Hz with low intensity E before setting one sub-lethal high intensity E pulse. Fluorescence images were recorded by an EMCCD camera and processed by a specific software developed in this work. The software used two analysis methods: normalized fluorescence average and a ratio of an area showing most significant fluorescence increase divided by cell total area. Regions of interest (ROIs) analysis facing the anode and the cathode has produced results in accordance with literature, presenting higher lesion (inferred by [Ca2+]i increase) at anode side (P<0,05 in both methods). Comparison between longitudinal and transversal groups has presented relevant statistic difference when the ratio of areas method was employed, which has no happened when employing the fluorescence average method. We imagine that using a straight-foward technique for assessing electroporation may solidify this correlation between orientation and lesion. The understanding of the mechanisms responsible for lesion severity is important to develop safer therapies / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Marco Antonio Robert Alves, Edmundo Silva Braga / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:17:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sant'Anna_GuilhermeMauad_M.pdf: 5334525 bytes, checksum: e4e25f2178b742c06248c80130400b74 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, foi estudado o comportamento do campo elétrico nas proximidades de uma junção tripla composta de metal, vácuo e dielétrico, utilizando simulações computacionais. Através do modelo bidimensional da junção obtido no software MAXWELL - ANSYS, foi possível analisar as magnitudes dos campos elétricos em função dos ângulos de contato dos materiais. Os resultados mostraram que um enriquecimento de campo ou uma redução de campo podem ocorrer nas regiões próximas a junção tripla para certas razões entre os ângulos de contato. A influência da permissividade relativa do dielétrico no enriquecimento de campo também é estudada, e os resultados mostram que o ganho máximo do campo elétrico devido a este fenômeno é proporcional a permissividade relativa do dielétrico utilizado na junção. Uma saturação no valor de pico do enriquecimento foi manifestada nos resultados desta pesquisa, a medida que a permissividade relativa do dielétrico aumentava a sua magnitude. Esta saturação parece estar relacionada ao fato de que o incremento da tensão aplicada não provoca mudanças substanciais nos valores da permissividade do dielétrico / Abstract: In this work, the electric field behavior in the vicinity of a triple junction, composed by metal, vacuum and dielectric parts, was studied using computational simulations. Through a bi-dimensional model of the junction designed in the software ANSYS MAXWELL, it was possible to analyze the electric field magnitude in function of the contact angles of the materials. The results showed that a field enhancement or a field reduction could happen in the vacuum near the triple junction, for certain values of the vacuum and dielectric contact angles. The influence of the dielectric permittivity in the phenomena was also investigated, and the conclusions showed that the maximum electric field enhancement from the triple junction effect is proportional to the dielectric permittivity of the dielectric portion. Saturation in the peak value of the field enhancment was manifested in the results of this research, as the relative permittivity of the dielectric increased its magnitude. This saturation is related to the fact that the increase of the applied voltage does not cause substantial changes in the values of the dielectric permittivity / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T15:44:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Viana_MarcelodeAlmeida_M.pdf: 2859747 bytes, checksum: 35c1831b1c265e9788b9dcc01dfdbd47 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A fibrilação ventricular (FV) é um tipo de arritmia cardíaca com alto potencial letal, cujo único tratamento eficaz conhecido é a desfibrilação elétrica, ou seja, aplicação de choques de alta intensidade. Este procedimento, no entanto, pode causar sério comprometimento da função cardíaca por afetar deleteriamente as células miocárdicas, o que pode resultar em insucesso da ressuscitação. Neste trabalho foi desenvolvida e testada uma instrumentação específica para o estudo de uma nova abordagem de desfibrilação elétrica cardíaca (estimulação multidirecional), que permitiu o chaveamento de choques sequenciais temporalmente defasados durante o mesmo ciclo estimulatório cardíaco, os quais foram aplicados a três pares de eletrodos em diferentes direções. A instrumentação foi testada in vivo, na desfibrilação direta do coração de suínos. A desfibrilação multidirecional permitiu uma redução em 20% da intensidade requerida dos choques, quando comparada à convencional (monodirecional) em uma ampla faixa de probabilidade de sucesso desfibrilatório. Mesmo para uma probabilidade de sucesso de 90%, os níveis de energia requeridos para a reversão da FV foram significativamente menores com a estimulação multidirecional (4,25 ± 0,63 J) do que com a estimulação monodirecional (5,09 ± 0,43 J, respectivamente; P< 0,05). Deste modo, a estimulação multidirecional demonstra ser uma importante inovação para permitir um tratamento desfibrilatório mais eficiente e seguro / Abstract: Ventricular fibrillation (VF) is a potentially lethal cardiac arrhythmia, for which the only known effective treatment is electrical defibrillation, i.e. application of high-intensity electric shocks to the heart. Such shocks, however, may exert deleterious effects on myocardial cells, which may impair cardiac function and result in resuscitation failure. In this work, a specific instrumentation was developed for the study of a new approach of cardiac defibrillation (multidirectional stimulation), in which shocks were switched and applied to three pairs of electrodes placed in different directions. The instrumentation was tested in vivo for direct defibrillation of pig hearts. With multidirectional defibrillation, the shock intensity required for defibrillation was 20% lower compared to conventional (monodirectional) defibrillation for a wide range of successful defibrillation probability. Even for a probability as high as 90%, the energy levels required for VF reversal were significantly lower with multidirectional stimulation than with monodirectional stimulation (4.25 ± 0.63 ± J vs. 5.09 0.43 J, respectively; P < 0.05). Thus, multidirectional stimulation seems to be an important innovation toward a more efficient and safer defibrillation treatment. / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Carlos Alberto Favarin Murari / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-20T14:44:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DelgadoLeon_MiguelZacarias_M.pdf: 3172693 bytes, checksum: edf12be10549e3953144c55f55aaa26d (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Baseado no Principio da Superposição, este trabalho apresenta um método eficiente para calcular o campo elétrico para qualquer o campo elétrico em cabos de potencia trifásicos. O problema do campo elétrico para qualquer condição normal de tensão ('V IND. A¿, 'V IND. B¿, 'V IND. C¿) nas três fases dos condutores, é reduzido ao cálculo do campo elétrico para uma nova condição básica de tensão nos condutores, isto é, 'V IND. A¿ = 0, 'V IND. B¿ = ', 'V IND. C = '. O Método de Simulação de Carga é utilizado é utilizado para representar a condição (0,1, - 1) nos condutores. ... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, monocrystalline samples of the system TRNi3Ga9 (TR = Gd Tb, Dy, Ho, Er, Lu) were synthesized by the metal flux technique. The physical properties were studied by X-ray diffraction, magnetic susceptibility, function field magnetization, electrical resistivity and specific heat. This family of compounds crystallizes into a trigonal structure of type ErNi3Al9 with spatial group 32. The LuNi3Ga9, non-magnetic isostructural sample was used to subtract lattice and electronic contributions to the Cp for the other rare earths. In the samples grown with TR = Gd, Tb, Dy, Ho, Er show antiferromagnetic ordering with TN < 20 K. Except for the sample GdNi3Ga9 an anisotropic behavior was observed in the curves of (T) e M(H) as a function of the direction of application of the magnetic field Which we associate with effects of crystalline electric field (CEF). Furthermore, both the TN and the term CW do not stagger with the term of de Gennes indicating that the CEF effects and the anisotropic character of the exchange interaction are present in this family of compounds. In order to analyze the evolution of the magnetic properties along this series of compounds we use a mean field model including anisotropic exchange interactions, crystalline electric field effects and quadrupole interactions. The measures of (T), M(H) and of the specific heat were simulated for emph TR = Tb, Dy, Ho and Er making it possible to extract the exchange parameters (J′s), the terms of CEC (B′s) and the quadrupolar terms (K′s). In addition, from this data set is constructed the levels scheme of the crystalline electric field with its respective wave functions. The analysis of the data extracted from the simulation allows us to understand the change in orientation of the axis of easy magnetization throughout the series. To TR = Tb, Dy easy magnetization axis is located along the ab plane, whereas for the TR = Er, the easy magnetization axis is oriented in the direction c. This behavior is consistent with the signal change in the CEF B0 2 term which was negative for ErNi3Ga9 and positive for the other rare earths. In addition, the total division of the multiplet of the CEF scheme of levels decreases with the increase of the atomic number (Tb - Er) of the rare earth ion in the same way as the dominant term of the CEF Hamiltonian, B0 2 . We have tried to associate this fact with the systematic change in the c/a ratio that increases from Tb to Er. / Neste trabalho, foram sintetizadas amostras monocristalinas do sistema TRNi3Ga9 (TR = Gd Tb, Dy, Ho, Er, Lu) atrav´es da t´ecnica de fluxo met´alico. As propriedades f´ısicas foram estudadas atrav´es de difra¸c˜ao de raios X, susceptibilidade magn´etica, magnetiza¸c˜ao em fun¸c˜ao do campo, resistividade el´etrica e calor espec´ıfico. Esta fam´ılia de compostos cristaliza em uma estrutura trigonal do tipo ErNi3Al9 com grupo espacial R32. A amostra LuNi3Ga9, isoestrutural n˜ao magn´etico, foi utilizada para subtrair as contribui¸c˜oes da rede e eletrˆonica ao Cp para os demais terras raras. Nas amostras crescidas com TR = Gd, Tb, Dy, Ho, Er apresentaram ordenamento antiferromagn´etico com TN < 20 K. Com exce¸c˜ao da amostra GdNi3Ga9 um comportamento anisotr´opico foi observado nas curvas de (T) e M(H) em fun¸c˜ao da dire¸c˜ao de aplica¸c˜ao do campo magn´etico a qual associamos a efeitos de campo el´etrico cristalino (CEC). Al´em disso, tanto a TN quanto o termo CW n˜ao escalonam com o termo de de Gennes indicando que os efeitos de CEC e o car´ater anisotr´opico da intera¸c˜ao de troca est˜ao presentes nessa fam´ılia de compostos. Com o intuito de analisar a evolu¸c˜ao das propriedades magn´eticas ao longo dessa s´erie de compostos n´os utilizamos um modelo de campo m´edio incluindo intera¸c˜oes de troca anisotr´opica, efeitos de campo el´etrico cristalino e intera¸c˜oes quadrupolares. As medidas de (T), M(H) e do calor esp´ecifico foram simuladas para TR = Tb, Dy, Ho e Er possibilitando a extra¸c˜ao dos parˆametros de troca (J′s), os termos de CEC (B′s) e os termos quadrupolares (K′s). Al´em disso, a partir desse conjunto de dados ´e constru´ıdo o esquema de n´ıveis do campo el´etrico cristalino com suas respectivas fun¸c˜oes de ondas. A an´alise dos dados extra´ıdos da simula¸c˜ao nos permite entender a mudan¸ca da orienta¸c˜ao do eixo de f´acil magn´etiza¸c˜ao ao longo da s´erie. Para TR = Tb, Dy, Ho o eixo de f´acil magnetiza¸c˜ao est´a situado ao longo do plano ab enquanto que para o TR = Er o eixo de f´acil magnetiza¸c˜ao estar orientado na dire¸c˜ao c. Esse comportamento ´e consistente com a mudan¸ca de sinal no termo de CEC B0 2 o qual foi negativo para ErNi3Ga9 e positivo para os demais terras raras. Al´em disso, a divis˜ao total do multipleto do esquema de n´ıveis do CEF decresce com o aumento do numero atˆomico (Tb - Er) do ´ıon terra rara da mesma forma que o termo dominante da hamiltoniana de CEC, B0 2 . N´os tentamos associar esse fato com a sistem´atica mudan¸ca na raz˜ao c/a que aumenta de Tb para Er.