Foram desenvolvidos modelos analíticos que descrevem os elementos básicos para irradiações de alvos metálicos em ciclotrons. Parâmetros importantes como valor máximo de corrente de feixe e potência térmica depositada sobre o alvo foram obtidos e confrontados com situações práticas. De forma totalmente inédita, foram determinados analiticamente as características encontradas em situações de intensos transientes térmicos, quando altas concentrações de prótons em uma pequena região do feixe provocam intensos gradientes de temperatura em pequenas regiões do alvo. A comparação dos resultados obtidos com aqueles encontrados na literatura mostraram que os modelos desenvolvidos são satisfatórios, tendo em vista todas as limitações do modelo proposto. / Analytical models were developed that describe the basic elements for metal targets irradiation in cyclotrons. Important parameters such as maximum beam current value and thermal power deposited on target were obtained and compared with practical situations. In an unprecedented way, were determined analytically the features found in intense thermal transient situations, when high protons concentrations in a small region of the beam cause intense temperature gradients in small regions of the target. Comparing with results found in the literature showed that the developed models are satisfactory, in view of all limitations of the proposed model.

Foram desenvolvidos modelos analíticos que descrevem os elementos básicos para irradiações de alvos metálicos em ciclotrons. Parâmetros importantes como valor máximo de corrente de feixe e potência térmica depositada sobre o alvo foram obtidos e confrontados com situações práticas. De forma totalmente inédita, foram determinados analiticamente as características encontradas em situações de intensos transientes térmicos, quando altas concentrações de prótons em uma pequena região do feixe provocam intensos gradientes de temperatura em pequenas regiões do alvo. A comparação dos resultados obtidos com aqueles encontrados na literatura mostraram que os modelos desenvolvidos são satisfatórios, tendo em vista todas as limitações do modelo proposto. / Analytical models were developed that describe the basic elements for metal targets irradiation in cyclotrons. Important parameters such as maximum beam current value and thermal power deposited on target were obtained and compared with practical situations. In an unprecedented way, were determined analytically the features found in intense thermal transient situations, when high protons concentrations in a small region of the beam cause intense temperature gradients in small regions of the target. Comparing with results found in the literature showed that the developed models are satisfactory, in view of all limitations of the proposed model.

Neste trabalho, o desenvolvimento de uma fonte pulsada de -50kV a ser usada num girotron em 35 GHZ é descrito. A fonte consiste basicamente num banco de capacitores (2,0 uF/100 kV) que se descarrega através de um tetrodo de alta tensão e de alta potência (TH5188) em série com o girotron. O tetrodo opera como uma chave rápida que controla a duração de pulso de saída (10-80 us). Além disto, uma chave de proteção preserva os dois tubos, tetrodo e girotron, contra possíveis falhas no sistema elétrico.

Este trabalho constitui-se numa monografia para ser apresentada como requisito para o título de Doutor em Ciências dentro do Programa de Pós-Graduação em Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Faz parte da pesquisa teórica desenvolvida pelo Grupo de Física de Plasmas do IF-UFRGS, e tem por objetivo participar do esforço de tornar comercialmente viável a tecnologia de fusão termonuclear como fonte geradora de energia elátrica. Conhecimento científico e tecnológico que é imprescindível para um país em desenvolvimento como o Brasil. Dentro deste contexto, o trabalho desenvolvido segue a linha de pesquisa do estudo de processos de geraçãao de correntes em tokamaks por meio de interações onda-partícula. Assim, estudamos os efeitos devido a ocorrência de transporte radial de partículas em um tokamak na eficiência de geração de corrente devido a ondas de radio freqüência (RF), na presença de barreiras internas de transporte (ITB - Internal Transport Barriers). Para isso, considerou-se dois casos: no primeiro, a geração de corrente ocorre devido somente a ondas do tipo híbrida inferior (LH - Lower Hybrid), e no segundo, a geração com ação combinada das ondas LH e do tipo eletrônica de cíclotron (EC - Electron Cyclotron). Os resultados foram obtidos por solução numérica da equação de Fokker-Planck que rege a evolução da função distribuição de elétrons. Nós consideramos que o transporte radial de partículas pode ser devido a utuações magnéticas ou eletrostáticas. Considerando ambos os tipos de utuações, a eficiência da geração de corrente mostrou um crescimento com o crescimento das utuações que originam o transporte. A dependência da eficiência da geração de corrente na profundidade e posição da barreira também foi investigada. / This work constitutes a monograph to be presented as requirement to the title of PhD at the Physics Graduate Program at Federal University of Rio Grande do Sul. It is part of a theoretical research developed by the Plasma Physics Group of the IF-UFRGS, and it have the purpose to participe on the e ort to make feasible the thermonuclear fusion technology as a source of electric energy. Scienti c and technological knowledge that are indispensable to a developing country as the Brazil. In that context, the work under development follows the research line of the study of the process of current drive in tokamaks by means of wave-particle interaction. Therefore, we studied the e ects due to the occurrence of radial transport of particles in a tokamak on the e ciency of current drive due the radio frequency waves (RF), in the presence of an Internal Transport Barrier (ITB). For this, we consider two cases: at rst, the current drive occur due to Lower Hybrid waves (LH) only, and at second case, the current drive with combined action of LH and Electron Cyclotron (EC) waves. The present results are obtained by numerical solution of the Fokker-Planck equation which rules the evolution of the electron distribution function. We assume that the radial transport of particles can be due to magnetic or to eletrostatic utuations. It considering both the utuations types, the e ciency of current drive is shown to increase with the increase of the utuations which originate the transport. The dependence of the current drive e ciency on the depth and position of the barrier is also investigated.

Este trabalho constitui-se numa monografia para ser apresentada como requisito para o título de Doutor em Ciências dentro do Programa de Pós-Graduação em Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Faz parte da pesquisa teórica desenvolvida pelo Grupo de Física de Plasmas do IF-UFRGS, e tem por objetivo participar do esforço de tornar comercialmente viável a tecnologia de fusão termonuclear como fonte geradora de energia elátrica. Conhecimento científico e tecnológico que é imprescindível para um país em desenvolvimento como o Brasil. Dentro deste contexto, o trabalho desenvolvido segue a linha de pesquisa do estudo de processos de geraçãao de correntes em tokamaks por meio de interações onda-partícula. Assim, estudamos os efeitos devido a ocorrência de transporte radial de partículas em um tokamak na eficiência de geração de corrente devido a ondas de radio freqüência (RF), na presença de barreiras internas de transporte (ITB - Internal Transport Barriers). Para isso, considerou-se dois casos: no primeiro, a geração de corrente ocorre devido somente a ondas do tipo híbrida inferior (LH - Lower Hybrid), e no segundo, a geração com ação combinada das ondas LH e do tipo eletrônica de cíclotron (EC - Electron Cyclotron). Os resultados foram obtidos por solução numérica da equação de Fokker-Planck que rege a evolução da função distribuição de elétrons. Nós consideramos que o transporte radial de partículas pode ser devido a utuações magnéticas ou eletrostáticas. Considerando ambos os tipos de utuações, a eficiência da geração de corrente mostrou um crescimento com o crescimento das utuações que originam o transporte. A dependência da eficiência da geração de corrente na profundidade e posição da barreira também foi investigada. / This work constitutes a monograph to be presented as requirement to the title of PhD at the Physics Graduate Program at Federal University of Rio Grande do Sul. It is part of a theoretical research developed by the Plasma Physics Group of the IF-UFRGS, and it have the purpose to participe on the e ort to make feasible the thermonuclear fusion technology as a source of electric energy. Scienti c and technological knowledge that are indispensable to a developing country as the Brazil. In that context, the work under development follows the research line of the study of the process of current drive in tokamaks by means of wave-particle interaction. Therefore, we studied the e ects due to the occurrence of radial transport of particles in a tokamak on the e ciency of current drive due the radio frequency waves (RF), in the presence of an Internal Transport Barrier (ITB). For this, we consider two cases: at rst, the current drive occur due to Lower Hybrid waves (LH) only, and at second case, the current drive with combined action of LH and Electron Cyclotron (EC) waves. The present results are obtained by numerical solution of the Fokker-Planck equation which rules the evolution of the electron distribution function. We assume that the radial transport of particles can be due to magnetic or to eletrostatic utuations. It considering both the utuations types, the e ciency of current drive is shown to increase with the increase of the utuations which originate the transport. The dependence of the current drive e ciency on the depth and position of the barrier is also investigated.

Este trabalho constitui-se numa monografia para ser apresentada como requisito para o título de Doutor em Ciências dentro do Programa de Pós-Graduação em Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Faz parte da pesquisa teórica desenvolvida pelo Grupo de Física de Plasmas do IF-UFRGS, e tem por objetivo participar do esforço de tornar comercialmente viável a tecnologia de fusão termonuclear como fonte geradora de energia elátrica. Conhecimento científico e tecnológico que é imprescindível para um país em desenvolvimento como o Brasil. Dentro deste contexto, o trabalho desenvolvido segue a linha de pesquisa do estudo de processos de geraçãao de correntes em tokamaks por meio de interações onda-partícula. Assim, estudamos os efeitos devido a ocorrência de transporte radial de partículas em um tokamak na eficiência de geração de corrente devido a ondas de radio freqüência (RF), na presença de barreiras internas de transporte (ITB - Internal Transport Barriers). Para isso, considerou-se dois casos: no primeiro, a geração de corrente ocorre devido somente a ondas do tipo híbrida inferior (LH - Lower Hybrid), e no segundo, a geração com ação combinada das ondas LH e do tipo eletrônica de cíclotron (EC - Electron Cyclotron). Os resultados foram obtidos por solução numérica da equação de Fokker-Planck que rege a evolução da função distribuição de elétrons. Nós consideramos que o transporte radial de partículas pode ser devido a utuações magnéticas ou eletrostáticas. Considerando ambos os tipos de utuações, a eficiência da geração de corrente mostrou um crescimento com o crescimento das utuações que originam o transporte. A dependência da eficiência da geração de corrente na profundidade e posição da barreira também foi investigada. / This work constitutes a monograph to be presented as requirement to the title of PhD at the Physics Graduate Program at Federal University of Rio Grande do Sul. It is part of a theoretical research developed by the Plasma Physics Group of the IF-UFRGS, and it have the purpose to participe on the e ort to make feasible the thermonuclear fusion technology as a source of electric energy. Scienti c and technological knowledge that are indispensable to a developing country as the Brazil. In that context, the work under development follows the research line of the study of the process of current drive in tokamaks by means of wave-particle interaction. Therefore, we studied the e ects due to the occurrence of radial transport of particles in a tokamak on the e ciency of current drive due the radio frequency waves (RF), in the presence of an Internal Transport Barrier (ITB). For this, we consider two cases: at rst, the current drive occur due to Lower Hybrid waves (LH) only, and at second case, the current drive with combined action of LH and Electron Cyclotron (EC) waves. The present results are obtained by numerical solution of the Fokker-Planck equation which rules the evolution of the electron distribution function. We assume that the radial transport of particles can be due to magnetic or to eletrostatic utuations. It considering both the utuations types, the e ciency of current drive is shown to increase with the increase of the utuations which originate the transport. The dependence of the current drive e ciency on the depth and position of the barrier is also investigated.

No Brasil, a difusão de conceitos da física nuclear na área médica ganhou destaque ao longo da última década com o uso do FDG-18F, substância análoga à glicose marcada radioativamente para atuar em procedimentos de diagnóstico e tratamento em oncologia, neurologia e cardiologia. Das três especialidades é no uso oncológico que estão suas aplicações de maior relevância como a detecção precoce de metástase e outras formas de monitoramento tumoral que resultam em maiores chances de sobrevida ao paciente. Estas possibilidades passaram a fazer parte da realidade nacional com a incorporação da tecnologia híbrida de PET-CT, equipamento gerador de imagens anatômicas e metabólicas para mapeamento preciso de lesões por meio da concentração de FDG-18F. O uso médico deste composto ganhou tamanha repercussão que a necessidade de expandir a oferta de FDG-18F para além dos bolsões geográficos contemplados pela produção pública culminou na aprovação de emenda constitucional que abriu o mercado de radiofármacos no país. O presente estudo aborda a formação da cadeia produtiva de radiofármacos irradiados em cíclotron a partir da quebra do monopólio de produção e comercialização de radioisótopos de meia-vida curta, em 2006, para demonstrar que, ao consolidar a cadeia produtiva de FDG-18F, instituições e atores sociais nela envolvidos constituíram um subsistema nacional de inovação em saúde / In Brazil, nuclear physics concepts become prominent in healthcare throughout the last decade with FDG-18F use, a glucose similar substance radioactively marked to be used in diagnosis and treatment procedures in oncology, neurology and cardiology, but it´s in oncology treatments that we can find the biggest relevance application with the early cancer metastasis detection and many other cancerous tumor monitoring forms that may be revert in patient life time gain. PET-CT hybrid technology incorporation made these possibilities become part of national reality. The equipment is able to produce integrated anatomical and metabolic images that shows tiny tissue damages tracking FDG-18F concentration. This medical composition become renowned enough to claim loud for geographic offer expansion until it raised a new law allowing private initiative taking part in radiopharmaceuticals production market. This research intent to describe the cyclotron radiopharmaceuticals irradiated supply chain building up process since productive and commercial public monopoly broke up in 2006, so then it will be able to prove that a new innovative healthcare subsystem has resulted by the social actors and institutions efforts to establish FDG-18F supply chain

No Brasil, a difusão de conceitos da física nuclear na área médica ganhou destaque ao longo da última década com o uso do FDG-18F, substância análoga à glicose marcada radioativamente para atuar em procedimentos de diagnóstico e tratamento em oncologia, neurologia e cardiologia. Das três especialidades é no uso oncológico que estão suas aplicações de maior relevância como a detecção precoce de metástase e outras formas de monitoramento tumoral que resultam em maiores chances de sobrevida ao paciente. Estas possibilidades passaram a fazer parte da realidade nacional com a incorporação da tecnologia híbrida de PET-CT, equipamento gerador de imagens anatômicas e metabólicas para mapeamento preciso de lesões por meio da concentração de FDG-18F. O uso médico deste composto ganhou tamanha repercussão que a necessidade de expandir a oferta de FDG-18F para além dos bolsões geográficos contemplados pela produção pública culminou na aprovação de emenda constitucional que abriu o mercado de radiofármacos no país. O presente estudo aborda a formação da cadeia produtiva de radiofármacos irradiados em cíclotron a partir da quebra do monopólio de produção e comercialização de radioisótopos de meia-vida curta, em 2006, para demonstrar que, ao consolidar a cadeia produtiva de FDG-18F, instituições e atores sociais nela envolvidos constituíram um subsistema nacional de inovação em saúde / In Brazil, nuclear physics concepts become prominent in healthcare throughout the last decade with FDG-18F use, a glucose similar substance radioactively marked to be used in diagnosis and treatment procedures in oncology, neurology and cardiology, but it´s in oncology treatments that we can find the biggest relevance application with the early cancer metastasis detection and many other cancerous tumor monitoring forms that may be revert in patient life time gain. PET-CT hybrid technology incorporation made these possibilities become part of national reality. The equipment is able to produce integrated anatomical and metabolic images that shows tiny tissue damages tracking FDG-18F concentration. This medical composition become renowned enough to claim loud for geographic offer expansion until it raised a new law allowing private initiative taking part in radiopharmaceuticals production market. This research intent to describe the cyclotron radiopharmaceuticals irradiated supply chain building up process since productive and commercial public monopoly broke up in 2006, so then it will be able to prove that a new innovative healthcare subsystem has resulted by the social actors and institutions efforts to establish FDG-18F supply chain

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Os radionuclídeos utilizados na tomografia por emissão de posítrons (PET) são produzidos utilizando um acelerador cíclotron. Os nêutrons produzidos durante a operação do cíclotron contribuem para exposição direta ou indireta dos Indivíduos Ocupacionalmente Expostos (IOEs), devido ao aumento da radiação de fundo da casamata. Além disso, há um aumento nas emissões de gases radioativos provenientes da ativação dos elementos do ar dentro da casamata, que quando liberados constitui um problema para radioproteção dos indivíduos do público. Dos vários métodos utilizados para caracterizar o espectro neutrônico, o espectrômetro de multiesferas de Bonner (EB) é um dos sistemas espectrométricos mais utilizados. Neste trabalho foi utilizado o sistema EB com detectores termoluminescentes (TL), do tipo TLD600 e TLD700 como detector de nêutrons, para medir os espectros de energia de nêutrons em quatro pontos no interior da casamata do cíclotron GE PETtrace-8 do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN). Foram realizadas medidas em quatro pontos em torno do cíclotron. Os espectros de nêutrons foram desdobrados utilizando os códigos BUMS, NSDUAZ e BUNKIUT e os resultados convertidos em equivalente de dose ambiente H*(10). Considerando o termo fonte de radiação fornecido pelo fabricante do cíclotron, pôde-se constatar a grande influência dos nêutrons de recuo nos espectros de energia encontrados em todos os pontos. Houve uma boa concordância nos espectros de nêutrons obtidos, utilizando os códigos BUNKIUT (com espectros iniciais retangular e Maxwelliano) e NSDUAZ. Os valores de taxa de fluência encontrados no presente trabalho foram da mesma magnitude dos valores reportados na literatura e são coerentes com os obtidos por cálculos téóricos utilizando o termo fonte de radiação disponibilizado pelo fabricante. Com relação aos valores de equivalente de dose ambiente, as taxas horárias por A (microampère) variaram de aproximadamente 67 mSv/h a 936 mSv/h . Para uma corrente típica de 40 A, esses valores são próximos de 2,7 Sv/h a 37 Sv/h, valores da mesma ordem dos reportados na literatura. A metodologia empregada para a caracterização do campo de radiação em torno do cíclotron do CDTN mostrou-se adequada e pode ser utilizada em mais pontos da casamata, de maneira a descrever melhor o espectro e, consequentemente, estimar o equivalente de dose ambiente. / The radionuclides used in positron emission tomography (PET) are generally produced using a cyclotron accelerator. The operation of the cyclotron produces an undesirable neutron radiation field. The knowledge of the neutron radiation field around not-self-shielded PET cyclotrons is an important issue for optimization of radiation protection of the workers and individuals of the public. For the workers, neutrons contribute not only for immediate radiation exposure as for long-term exposure due to activation of cyclotron components and the concrete in the bunker walls. For the individuals of the public the main concern is the dispersal of radioactive gases produced by activation of the air inside the cyclotron vault. The multisphere system, or Bonner sphere spectrometer (BSS), has been widely used to measure neutron spectrum. The substitution of the active detectors of the BSS system by thermoluminescent detectors (specifically TLD-600 and TLD-700 pairs) has become a reliable procedure in spectrometry of high intensity mixed radiation field. In this study we utilized the BSS system with TLD600 and TLD700 to measure the energy spectra of neutrons at four points inside the bunker of the cyclotron GE PETtrace-8 of the Development Centre of Nuclear Technology (CDTN). Four points inside the bunker of the cyclotron were studied. The neutron spectra were unfolded using codes BUMS, NSDUAZ e BUNKIUT and the results converted to ambient dose equivalent H*(10). Considering the source-term of radiation provided by the manufacturer of the cyclotron, we could see the great influence of room return effect in energy spectra at all points. The values of total fluence rates for all points have the same magnitudes of values reported in the literature and are consistent with those obtained by theoretical calculations using the source-term of radiation provided by the manufacturer of the cyclotron. The ambient equivalent dose rates for 1 A ranged from about 67 mSv/h to 936 mSv/h. For a typical 40 A typical current these values were 2.7 Sv/h and 37 Sv/h. These values are of the same order than the reported in the literature. The methodology utilized in this study to characterize the neutron radiation field around the CDTN cyclotron proved to be adequate and can be used in more points inside the bunker in order to better describe the spectrum and thereby estimate the ambient dose equivalent.