A Tomografia Computadorizada de Energia Dupla (DECT em inglês) é um dos campos das imagens tomográficas que mais evoluiu nos últimos anos. O DECT usa dois espectros para irradiar pacientes e é capaz de diferenciar tecidos com base na sua composição elementar. Apesar de serem semelhantes aos dispositivos padrão de tomografia, para essa modalidade é necessário o desenvolvimento de ferramentas específicas que permitam o estudo de suas propriedades de imagem. O objetivo deste trabalho era construir um sistema simulado de Tomografia Computadorizada (TC) com a capacidade de produzir imagens semelhantes às obtidas em dispositivos DECT reais. O TC simulado também permitiria explorar as propriedades das imagens de materiais de teste antes de sua construção física. Este trabalho presenta a simulação do processo de aquisição de imagens de um dispositivo DECT que funciona a partir da troca rápida de kV, o GE Discovery CT 750 HD. A geometria simulada foi baseada num dispositivo atualmente disponível no InRad (Instituto de Radiologia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo). As simulações foram realizadas usando o código Monte Carlo PENELOPE/penEasy para simular o transporte de radiação através dos materiais e detectores. Também é apresentada uma comparação entre as imagens obtidas no dispositivo real e nas simulações. Para isso, foi preparado um objeto simulador cilíndrico contendo concentrações de materiais equivalentes a iodo e cálcio. As imagens de tal objeto simulador foram adquiridas no equipamento GE Discovery CT 750 HD. Um objeto simulador equivalente foi modelado e as suas imagens foram simuladas com o código PENELOPE/penEasy. As imagens foram adquiridas e reconstruídas de acordo com as possibilidades do equipamento clínico de tomografia. Imagens de concentração de material e imagens monoenergéticas foram obtidas a partir do dispositivo CT clínico e das simulações. O algoritmo BMD (Basis Material Decomposition em Inglês) baseado nas projeções foi implementado usando os coeficientes de atenuação mássicos da água e do iodo. Consequentemente, imagens de concentração dos materiais água e iodo foram obtidas. A concentração medida nos cilindros de iodo foi equivalente às esperadas tanto no dispositivo real quanto nas imagens simuladas. Foram observados artefatos de endurecimento de feixe nas imagens de concentração de material. Imagens monoenergéticas foram obtidas para diferentes energias. Tais imagens foram obtidas a partir da superposição das imagens de concentração de água e iodo, que foram ponderadas pelos seus respectivos coeficientes de atenuação mássicos. Verificou-se que para as imagens monoenergéticas simuladas e reais em altas energias a imagem de concentração da água é a componente dominante, produzindo imagens que apresentaram as cavidades de iodo como menos atenuantes do que a água. Por outro lado, para energias baixas, a componente dominante nas imagens monoenergéticas foi a imagem de concentração do iodo. O CNR foi analisado nas imagens monoenergéticas como função da energia. As curvas do CNR dos dispositivos simulado e real exibiram semelhanças em sua forma, mas com escala diferente devido à diferença no ruído. Foi possível concluir que o modelo DECT simulado apresenta resultados qualitativos semelhantes aos obtidos no dispositivo real. O sistema de TC simulado permite explorar as características das imagens com diferentes materiais e composições. Ele também pode ser usado como uma ferramenta didática para melhorar a compreensão da diferenciação de materiais em tomografia espectral e DECT. / Dual Energy (DE) Computed Tomography (CT) is one of the fields of tomographic images that has evolved rapidly during the last years. DECT uses two X-ray spectra to irradiate patients It is capable to differentiate materials based on its elementary composition. Despite being similar to standard CT devices, DECT devices require the development of specific tools that allow the study of their image properties. The objective of this work was to build a modelled CT system capable of producing images similar to those obtained in real DECT devices. The modelled CT would also allow exploring the image properties of test materials before their physical construction. This work presents the simulation of the acquisition process of a DECT device that works with rapid kV switching, the GE Discovery CT 750 HD. The simulated geometry was based on a device currently available at the InRad (Institute of Radiology of the Faculty of Medicine of the University of São Paulo). The simulations were carried out using the PENELOPE/penEasy Monte Carlo code, which simulates radiation transport through the materials and detectors. A comparison between the images obtained in the real device and from simulations is also presented. To do so, a real phantom was prepared to be imaged and an equivalent system was simulated. The phantom contained inserts with concentrations of iodine and calcium. The images were acquired and reconstructed according to the possibilities of the real CT device. Standard, material concentration and virtual monoenergetic images were acquired[L1] from both, the real CT device and simulations. The Projection-Based BMD method was implemented using the mass attenuation coefficients of water and iodine. Then, material concentration images of water and iodine were obtained. The iodine concentrations estimated from the images agreed with the expected values in both real device and simulated images. Beam hardening artefacts were observed in the simulated material concentration images. Monoenergetic images were obtained for different energies. Such images were obtained as a superposition of the concentration images of water and iodine, weighed by their respective mass attenuation coefficient. It was verified that in the simulated and real device images, at high energies, the water concentration image predominated in the monoenergetic images, producing images that presented the iodine cavities as less attenuating than water. In contrast, at low energies, the predominant component of the monoenergetic images was the iodine concentration image. Contrast Noise Ratio (CNR) was analysed in the monochromatic images as a function of energy. Simulated and real device CNR curves exhibited similarities in their shape but with a different scale due to their difference in noise. It was possible to conclude that the simulated DECT model presented qualitative results similar to the obtained in the real device. The modelled CT system permits exploring the image features with different materials and compositions. It could also be used as a didactic tool to improve the understanding of material differentiation in spectral or DECT.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Métodos estocásticos oferecem uma poderosa ferramenta para a execução da compressão de dados e decomposições de matrizes. O método estocástico para decomposição de matrizes estudado utiliza amostragem aleatória para identificar um subespaço que captura a imagem de uma matriz de forma aproximada, preservando uma parte de sua informação essencial. Estas aproximações compactam a informação possibilitando a resolução de problemas práticos de maneira eficiente. Nesta dissertação é calculada uma decomposição em valores singulares (SVD) utilizando técnicas estocásticas. Esta SVD aleatória é empregada na tarefa de reconhecimento de faces. O reconhecimento de faces funciona de forma a projetar imagens de faces sobre um espaço de características que melhor descreve a variação de imagens de faces conhecidas. Estas características significantes são conhecidas como autofaces, pois são os autovetores de uma matriz associada a um conjunto de faces. Essa projeção caracteriza aproximadamente a face de um indivíduo por uma soma ponderada das autofaces características. Assim, a tarefa de reconhecimento de uma nova face consiste em comparar os pesos de sua projeção com os pesos da projeção de indivíduos conhecidos. A análise de componentes principais (PCA) é um método muito utilizado para determinar as autofaces características, este fornece as autofaces que representam maior variabilidade de informação de um conjunto de faces. Nesta dissertação verificamos a qualidade das autofaces obtidas pela SVD aleatória (que são os vetores singulares à esquerda de uma matriz contendo as imagens) por comparação de similaridade com as autofaces obtidas pela PCA. Para tanto, foram utilizados dois bancos de imagens, com tamanhos diferentes, e aplicadas diversas amostragens aleatórias sobre a matriz contendo as imagens. / Stochastic methods offer a powerful tool for performing data compression and decomposition of matrices. These methods use random sampling to identify a subspace that captures the range of a matrix in an approximate way, preserving a part of its essential information. These approaches compress the information enabling the resolution of practical problems efficiently. This work computes a singular value decomposition (SVD) of a matrix using stochastic techniques. This random SVD is employed in the task of face recognition. The face recognition is based on the projection of images of faces on a feature space that best describes the variation of known image faces. These features are known as eigenfaces because they are the eigenvectors of a matrix constructed from a set of faces. This projection characterizes an individual face by a weighted sum of eigenfaces. The task of recognizing a new face is to compare the weights of its projection with the projection of the weights of known individuals. The principal components analysis (PCA) is a widely used method for determining the eigenfaces. This provides the greatest variability eigenfaces representing information from a set of faces. In this dissertation we discuss the quality of eigenfaces obtained by a random SVD (which are the left singular vectors of a matrix containing the images) by comparing the similarity with eigenfaces obtained by PCA. We use two databases of images, with different sizes and various random sampling applied on the matrix containing the images.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:28:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3166.pdf: 902639 bytes, checksum: ea05b6d6e2b4c76c819c3abd8b7bd595 (MD5) Previous issue date: 2010-07-08 / Financiadora de Estudos e Projetos / Neste trabalho, estudamos o resultado de boa-colocação para a equação da onda cúbica u +uR3 = 0 em R3, devido a H. Bahouri e J.-Y. Chemin, no qual os dados de Cauchy estão no espaço de Sobolev homogêneo H3/4 (R3) H-1/4 (R3). A prova utiliza um método de interpolação não-linear, decomposição de Bony e desigualdade logarítmica de Strichartz, todas formuladas na Teoria de Littlewood-Paley.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Métodos estocásticos oferecem uma poderosa ferramenta para a execução da compressão de dados e decomposições de matrizes. O método estocástico para decomposição de matrizes estudado utiliza amostragem aleatória para identificar um subespaço que captura a imagem de uma matriz de forma aproximada, preservando uma parte de sua informação essencial. Estas aproximações compactam a informação possibilitando a resolução de problemas práticos de maneira eficiente. Nesta dissertação é calculada uma decomposição em valores singulares (SVD) utilizando técnicas estocásticas. Esta SVD aleatória é empregada na tarefa de reconhecimento de faces. O reconhecimento de faces funciona de forma a projetar imagens de faces sobre um espaço de características que melhor descreve a variação de imagens de faces conhecidas. Estas características significantes são conhecidas como autofaces, pois são os autovetores de uma matriz associada a um conjunto de faces. Essa projeção caracteriza aproximadamente a face de um indivíduo por uma soma ponderada das autofaces características. Assim, a tarefa de reconhecimento de uma nova face consiste em comparar os pesos de sua projeção com os pesos da projeção de indivíduos conhecidos. A análise de componentes principais (PCA) é um método muito utilizado para determinar as autofaces características, este fornece as autofaces que representam maior variabilidade de informação de um conjunto de faces. Nesta dissertação verificamos a qualidade das autofaces obtidas pela SVD aleatória (que são os vetores singulares à esquerda de uma matriz contendo as imagens) por comparação de similaridade com as autofaces obtidas pela PCA. Para tanto, foram utilizados dois bancos de imagens, com tamanhos diferentes, e aplicadas diversas amostragens aleatórias sobre a matriz contendo as imagens. / Stochastic methods offer a powerful tool for performing data compression and decomposition of matrices. These methods use random sampling to identify a subspace that captures the range of a matrix in an approximate way, preserving a part of its essential information. These approaches compress the information enabling the resolution of practical problems efficiently. This work computes a singular value decomposition (SVD) of a matrix using stochastic techniques. This random SVD is employed in the task of face recognition. The face recognition is based on the projection of images of faces on a feature space that best describes the variation of known image faces. These features are known as eigenfaces because they are the eigenvectors of a matrix constructed from a set of faces. This projection characterizes an individual face by a weighted sum of eigenfaces. The task of recognizing a new face is to compare the weights of its projection with the projection of the weights of known individuals. The principal components analysis (PCA) is a widely used method for determining the eigenfaces. This provides the greatest variability eigenfaces representing information from a set of faces. In this dissertation we discuss the quality of eigenfaces obtained by a random SVD (which are the left singular vectors of a matrix containing the images) by comparing the similarity with eigenfaces obtained by PCA. We use two databases of images, with different sizes and various random sampling applied on the matrix containing the images.

A Tomografia Computadorizada de Energia Dupla (DECT em inglês) é um dos campos das imagens tomográficas que mais evoluiu nos últimos anos. O DECT usa dois espectros para irradiar pacientes e é capaz de diferenciar tecidos com base na sua composição elementar. Apesar de serem semelhantes aos dispositivos padrão de tomografia, para essa modalidade é necessário o desenvolvimento de ferramentas específicas que permitam o estudo de suas propriedades de imagem. O objetivo deste trabalho era construir um sistema simulado de Tomografia Computadorizada (TC) com a capacidade de produzir imagens semelhantes às obtidas em dispositivos DECT reais. O TC simulado também permitiria explorar as propriedades das imagens de materiais de teste antes de sua construção física. Este trabalho presenta a simulação do processo de aquisição de imagens de um dispositivo DECT que funciona a partir da troca rápida de kV, o GE Discovery CT 750 HD. A geometria simulada foi baseada num dispositivo atualmente disponível no InRad (Instituto de Radiologia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo). As simulações foram realizadas usando o código Monte Carlo PENELOPE/penEasy para simular o transporte de radiação através dos materiais e detectores. Também é apresentada uma comparação entre as imagens obtidas no dispositivo real e nas simulações. Para isso, foi preparado um objeto simulador cilíndrico contendo concentrações de materiais equivalentes a iodo e cálcio. As imagens de tal objeto simulador foram adquiridas no equipamento GE Discovery CT 750 HD. Um objeto simulador equivalente foi modelado e as suas imagens foram simuladas com o código PENELOPE/penEasy. As imagens foram adquiridas e reconstruídas de acordo com as possibilidades do equipamento clínico de tomografia. Imagens de concentração de material e imagens monoenergéticas foram obtidas a partir do dispositivo CT clínico e das simulações. O algoritmo BMD (Basis Material Decomposition em Inglês) baseado nas projeções foi implementado usando os coeficientes de atenuação mássicos da água e do iodo. Consequentemente, imagens de concentração dos materiais água e iodo foram obtidas. A concentração medida nos cilindros de iodo foi equivalente às esperadas tanto no dispositivo real quanto nas imagens simuladas. Foram observados artefatos de endurecimento de feixe nas imagens de concentração de material. Imagens monoenergéticas foram obtidas para diferentes energias. Tais imagens foram obtidas a partir da superposição das imagens de concentração de água e iodo, que foram ponderadas pelos seus respectivos coeficientes de atenuação mássicos. Verificou-se que para as imagens monoenergéticas simuladas e reais em altas energias a imagem de concentração da água é a componente dominante, produzindo imagens que apresentaram as cavidades de iodo como menos atenuantes do que a água. Por outro lado, para energias baixas, a componente dominante nas imagens monoenergéticas foi a imagem de concentração do iodo. O CNR foi analisado nas imagens monoenergéticas como função da energia. As curvas do CNR dos dispositivos simulado e real exibiram semelhanças em sua forma, mas com escala diferente devido à diferença no ruído. Foi possível concluir que o modelo DECT simulado apresenta resultados qualitativos semelhantes aos obtidos no dispositivo real. O sistema de TC simulado permite explorar as características das imagens com diferentes materiais e composições. Ele também pode ser usado como uma ferramenta didática para melhorar a compreensão da diferenciação de materiais em tomografia espectral e DECT. / Dual Energy (DE) Computed Tomography (CT) is one of the fields of tomographic images that has evolved rapidly during the last years. DECT uses two X-ray spectra to irradiate patients It is capable to differentiate materials based on its elementary composition. Despite being similar to standard CT devices, DECT devices require the development of specific tools that allow the study of their image properties. The objective of this work was to build a modelled CT system capable of producing images similar to those obtained in real DECT devices. The modelled CT would also allow exploring the image properties of test materials before their physical construction. This work presents the simulation of the acquisition process of a DECT device that works with rapid kV switching, the GE Discovery CT 750 HD. The simulated geometry was based on a device currently available at the InRad (Institute of Radiology of the Faculty of Medicine of the University of São Paulo). The simulations were carried out using the PENELOPE/penEasy Monte Carlo code, which simulates radiation transport through the materials and detectors. A comparison between the images obtained in the real device and from simulations is also presented. To do so, a real phantom was prepared to be imaged and an equivalent system was simulated. The phantom contained inserts with concentrations of iodine and calcium. The images were acquired and reconstructed according to the possibilities of the real CT device. Standard, material concentration and virtual monoenergetic images were acquired[L1] from both, the real CT device and simulations. The Projection-Based BMD method was implemented using the mass attenuation coefficients of water and iodine. Then, material concentration images of water and iodine were obtained. The iodine concentrations estimated from the images agreed with the expected values in both real device and simulated images. Beam hardening artefacts were observed in the simulated material concentration images. Monoenergetic images were obtained for different energies. Such images were obtained as a superposition of the concentration images of water and iodine, weighed by their respective mass attenuation coefficient. It was verified that in the simulated and real device images, at high energies, the water concentration image predominated in the monoenergetic images, producing images that presented the iodine cavities as less attenuating than water. In contrast, at low energies, the predominant component of the monoenergetic images was the iodine concentration image. Contrast Noise Ratio (CNR) was analysed in the monochromatic images as a function of energy. Simulated and real device CNR curves exhibited similarities in their shape but with a different scale due to their difference in noise. It was possible to conclude that the simulated DECT model presented qualitative results similar to the obtained in the real device. The modelled CT system permits exploring the image features with different materials and compositions. It could also be used as a didactic tool to improve the understanding of material differentiation in spectral or DECT.

O material vegetal alóctone se configura como uma das principais vias energéticas mantenedora do funcionamento de ambientes lóticos, sendo que seu processamento é essencial na ciclagem de nutrientes e envolve diversos organismos. Esse estudo pretendeu verificar a participação de macroinvertebrados aquáticos no processo de degradação de material vegetal ao longo do tempo, bem como acompanhar a colonização deste material em dois riachos subtropicais localizados em biomas distintos: Mata Atlântica e cerrado. Folhas de Croton cf. floribundus (Euphorbiaceae) foram incubadas em litter bags. Avaliou-se a composição da fauna (nos aspectos taxonômico e funcional), o decaimento de massa foliar e a composição química do material ao longo do período de 7, 15, 30, 60 e 90 dias de exposição em dois tratamentos distintos, quanto ao grau de acesso dos macroinvertebrados às folhas. O percentual de perda de massa e as taxas de decaimento foram semelhante nos dois ambientes e entre os tratamentos, o que indica que nessas localidades a influência de macroinvertebrados é inferior à da ação da lixiviação e condicionamento por bactérias e fungos durante o processo de degradação. A dinâmica da composição química dos detritos também seguiu trajetórias similares nos dois ambientes. No entanto, os grupos funcionais dominantes variaram ao longo do tempo em cada uma das situações, assim como a abundância total de organismos. Os resultados demonstram que distinções mais notáveis se relacionam não à velocidade de degradação em cada tipo de bioma, uma vez que as eficiências de processamento foram semelhantes, mas sim à composição da comunidade que utiliza o recurso vegetal como substrato para alimentação e/ou abrigo. Dessa forma, levando em conta o cenário de transição das áreas úmidas de mata a ambientes savânicos, pelo avanço do cerrado, frente a mudanças climáticas globais, a dinâmica de degradação foliar, com base em C. cf. floribundus, se manteria similar nos ambientes lóticos, mas uma possível fragilidade seria a redução da diversidade de famílias de macroinvertebrados aquáticos / The allochthonous plant material is one of the main energetic pathways that maintains lotic environments functioning, and its processing is essential on nutrients cycling, involving several organisms. This study aimed to verify the participation of aquatic macroinvertebrates in the decay process of plant material over time, as well follow the colonization of this debris in two subtropical streams located in distinct biomes: Atlantic Forest and cerrado (Brazilian savanna). Leaves of Croton cf. floribundus (Euphorbiaceae) were incubated in litter bags. The fauna composition (in taxonomic and functional aspects), leaf mass decay and chemical composition of the material during the period of 7, 15, 30, 60 and 90 days of exposure in two different treatments, which one with a degree of access to the leaves by macroinvertebrates, were evaluated. The mass loss percentage and decay rates were similar in both environments and between treatments, indicating that the influence of macroinvertebrates is lower than that of leaching and conditioning by bacteria and fungi during the decay process. The dynamics of the chemical composition of the debris also followed similar trajectories in both environments. However, dominant functional groups varied over time in each of the situations, as did the total abundance of organisms. Those results show that the most notable distinctions are related not to the decay rate in each biome, since the processing efficiencies were similar, but to the composition of the community using the vegetal resource as a substrate for food and/or shelter. Thus, taking into account the transition scenario from forest wetlands to savanna environments, due to the advance of the cerrado, in the face of global climatic changes, the dynamics of leaf decay, based on C. cf. floribundus, would remain similar in the lotic environments. However, a possible fragility would be the reduction on aquatic macroinvertebrate families diversity

Nesse trabalho foram produzidas nanopartículas (NPs) de Gd2O3 e Er2O3 para aplicação como radiossensibilizadores em feixes de radioterapia. Elas foram sintetizadas no Laboratório de Interações Hiperfinas do IPEN pelo método da decomposição térmica e caracterizadas utilizando difração de raios-X, para verificar a estrutura cristalina, microscopia eletrônica de transmissão, para obter informações sobre forma, tamanho e distribuição de tamanho, análise por ativação neutrônica, por meio da qual foi possível determinar a pureza das amostras e calcular a concentração de gadolínio e érbio. Medições de magnetização e de espectroscopia de correlação angular γ-γ perturbada (PAC) foram realizadas a fim de estudar o comportamento magnético e a interação quadrupolar das partículas, respectivamente. Os resultados da caracterização mostram a formação de uma estrutura cristalina do tipo bixbyite, com aproximadamente 5 nm de diâmetro e estreita distribuição de tamanho, para as amostras pós-síntese. A determinação da massa de terra-rara em cada amostra foi importante para realizar a normalização nas medições de susceptibilidade magnética, tornando possível a visualização de um grande aumento na magnetização abaixo de 30 K, nas amostras pós-síntese, o que não é observado em partículas maiores, além de um aumento no momento magnético efetivo das NPs em relação aos respectivos bulks e uma mudança na temperatura de ordenamento antiferromagnético para o Er2O3. Os resultados da espectroscopia PAC evidenciam possíveis efeitos de superfície. A falta de uma frequência bem definida nas amostras de 5 nm indicam que a quantidade de 111In(111Cd) na superfície da partícula é maior do que no interior da mesma, fazendo com que a interação hiperfina do núcleo de prova com o host não seja evidente. Já a união da técnica de difração de raios-X com a espectroscopia PAC foi fundamental para o entendimento do dano causado às partículas pela irradiação com 60Co. Quanto às medições de radiossensibilização a dosimetria Fricke gel foi fundamental para a verificação de um fator de aumento de dose (DEF) de até 1,67 e 1,09 para NPs de Gd2O3 irradiadas com 60Co e 6MV, respectivamente. Nas mesmas condições, para as amostras de Er2O3, foram encontrados valores de DEF de até 1,37 e 1,06. Isso comprova os efeitos radiossensibilizadores dessas NPs. Os resultados alcançados nesse trabalho não apenas fornecem dados importantes para o estudo de NPs de terra-rara na área de física da matéria condensada como também uma base sólida para a aplicação desses elementos como radiossensibilizadores em feixes de radioterapia, possibilitando a utilização da imagem por ressonância magnética para localizar e obter a concentração dessas NPs dentro do paciente, aumentando assim a eficiência do tratamento do câncer. / In this study Gd2O3 and Er2O3 nanoparticles were produced for application as radiosensitizers in radiotherapy beams. They were synthesized at the Hyperfine Interactions Laboratory, IPEN, using thermal decomposition method and characterized by X-ray diffraction, to verify crystalline structure, transmission electron microscopy, to obtain information about shape, size and size distribution, neutron activation analysis, whereby it was possible to determine samples purity and gadolinium and erbium concentration. Magnetization and perturbed γ-γ angular correlation (PAC) measurements were performed in order to study particles magnetic behavior and quadrupole interactions, respectively. Characterization results showed a bixbyite structure, 5 nm diameter post-synthesis particles with narrow size distribution. Rare-earth mass determination in each sample was important to perform normalization in magnetic susceptibility measurements, making possible the view of a high magnetization under 30 K for post-synthesis samples, what was not observed in larger particles, together with an effective magnetic moment enhancement for nanoparticles, not seen in bulk samples, and a change in the antiferromagnetic ordering temperature for Er2O3. PAC spectroscopy results show possible surface effects. The absence of a well-defined frequency in 5 nm samples indicates the amount of 111In(111Cd) at particle surface is bigger than in the core, resulting in a non-evident hyperfine interaction between the probe nuclei and the host. The X-ray diffraction and PAC spectroscopy joint was vital to understand the particles structural damage caused by 60Co irradiation. About radiosensitizer measurements a dose enhancement factor (DEF) of up to 1,67 and 1,09 for Gd2O3 nanoparticles under 60Co and 6MV irradiation, respectively, were observed. Under same conditions DEF values of up to 1,37 and 1,06 were found for Er2O3 samples. Results reached in this study provide not only important data for rare-earth oxides study in condensed matter physics but also a solid ground for the application of these elements as radiosensitizers in radiotherapy beams, allowing the use of magnetic resonance imaging to locate and obtain the concentration of these particles inside patient body, increasing cancer treatment efficiency.

A diversidade da Mata Atlântica está constantemente ameaçada devido à perda de habitats provocada pela destruição e alteração dos ambientes naturais. Este fato é muito preocupante, pois os remanescentes florestais da Mata Atlântica encontram-se, em sua maior parte, em pequenos fragmentos altamente perturbados, acarretando em perda de biodiversidade da fauna existente. Muitos estudos demonstraram que mamíferos e aves especialistas (e. g. insetívoros) são muito sensíveis à fragmentação ambiental, tendendo a desaparecer em áreas abertas. A perda destes animais pode alterar a densidade de artrópodes e as taxas de herbivoria, ocasionando um efeito cascata (top- down), que causará influência até na decomposição e ciclagem de nutrientes. Entretanto o estudo de como esse efeito top-down ocorre em diferentes coberturas de solo ainda não foi testado, desta forma, objetivou-se investigar como as taxas de decomposição são modificadas pela exclusão experimental de vertebrados em áreas com diferentes coberturas vegetais na mata Atlântica. Parcelas de exclusão de vertebrados e parcelas controle foram alocadas em áreas com coberturas vegetais de pastagem e floresta, para verificar como ocorre o efeito top-down na decomposição. Utilizaram-se três tipos de serapilheira diferentes, uma gramínea (Brachiaria decumbens), uma espécie pioneira (Tibouchina sellowiana) e uma mistura de folhas de diferentes espécies da floresta primária adjacente. A técnica dos litter bags foi utilizada para avaliar as diferentes taxas de decomposição e foram coletados em intervalos de 16, 36, 71, 181 e 247 dias. O resíduo vegetal foi limpo, seco e pesado para obtenção das massas remanescentes (%) e taxa de decomposição, após isso o material foi triturado e pesado em subamostras para analises de nutrientes e compostos orgânicos (nitrogênio, carbono, fósforo, lignina, celulose e polifenóis). A taxa de decomposição não diferiu entre os tratamentos controle e exclusão de vertebrados, desta forma, não foi possível observar o efeito top-down da exclusão de vertebrados neste estudo, provavelmente devido à elevada biodiversidade da fauna do solo na área onde o experimento foi realizado e sugere-se repeti-lo em uma área menor e mais desconectada, com a finalidade de simular como o efeito cascata ocorre em pequenos fragmentos da mata Atlântica. Além disso, a decomposição foi mais rápida nos litter bags localizados na floresta do que na pastagem e as folhas de gramínea tiveram maior perda de massa do que as folhas de floresta primária e T. sellowiana, possivelmente devido às interações entre nitrogênio, lignina e a relação C:N dos resíduos vegetais. / The diversity of Atlantic forest is constantly threatened due to habitat loss caused by the destruction and alteration of natural environments, and most of the biome is now in small and fragmented areas. This fact is of a great concern, because the remaining areas in Atlantic forest are in small highly disturbed fragments, resulting in loss of biodiversity of the existing fauna, like mammals and birds. Many studies have shown that specialist mammals and birds (e.g. insectivores) are very sensitive to environment fragmentation and tend to disappear in open areas. The loss of these animals is likely to cause an increase in the density of arthropods and rates of herbivory, causing a top-down effect that may even influence the cycling of nutrients. We aimed to investigate how decomposition rates are modified by the experimental exclusion of vertebrates in an area with different land coverage in the Atlantic forest. Vertebrate exclusion plots and control plots were allocated in areas with different land coverage (pasture and forest) to evaluate the top-down effects in decomposition. We used three different kinds of leaves, being one grass (Brachiaria decumbens), one very common primary specie of the area (Tibouchina sellowiana) and a mix of primary forest leaves. Litterbags were used to evaluate the decomposition rate and it was collected during intervals of 16, 36, 71, 181 and 247 days. The vegetal residue was cleaned, dried and weighted to obtain the remaining mass (%) and decomposition rate, after that, the material was milled and weighted in subsamples for analyses of nutritional quality (N, C, P, lignin, cellulose and polyphenols). The decomposition rate was not different for the control and vertebrate exclusion plots, as a result, it was not possible to show the top-down effect in decomposition, possibly because of the high soil biodiversity in the area where the experiment was done. It would be very important to remake this experiment in a smaller and more disconnected area, in order to show how this cascade effect occur in Atlantic forest´s smaller fragments. Furthermore, the decomposition was faster at the forest plots than at the pastureland plots and the grass leaf litter presented the higher decomposition rate than the primary forest leaves and T. sellowiana and it was possibly caused by the interaction between nitrogen, lignin and C:N ratio.

Os atuais paradigmas dos sistemas elétricos de distribuição buscam melhorias contínuas sob inúmeros aspectos, com destaque para a segurança e a qualidade do fornecimento, as quais constituem metas a serem sempre alcançadas pelas concessionárias do setor. Refletindo-se sobre as ocorrências que degradam simultaneamente ambos os aspectos, constata-se que as faltas fase-terra de alta impedância possuem um destaque diferenciado, pois, em diversas situações, as magnitudes envolvidas com as mesmas são incapazes de sensibilizar os dispositivos relacionados com a proteção do sistema. Assim sendo, os objetivos principais desta tese consistiram em desenvolver ferramentas matemáticas e computacionais dedicadas à identificação, classificação e localização de faltas fase-terra de alta impedância, assim como a estimação de suas prováveis resistências. Mais especificamente, desenvolveu-se a técnica de decomposição em componentes ortogonais para formas de onda de tensão e de corrente, propondo ainda uma metodologia para ajuste estrutural e paramétrico de sistemas fuzzy com a finalidade de integrar as variáveis advindas de tal decomposição. Resultados de simulações baseadas na modelagem de um alimentador real de distribuição são apresentados para demonstrar a eficiência das técnicas desenvolvidas. / The current paradigms of power distribution systems highlight their continuous improvement on several aspects, which safety and supply quality constitute goals to be always reached by the distribution companies. Taking into account the occurrences that degrade both aspects simultaneously, it is verified that the phase-ground faults with high impedance have a differentiated prominence, therefore, in several situations, their magnitudes are unable to sensitize the devices involved with the protection of the system. Thus, the main objectives of this thesis have consisted of developing mathematical and computational tools dedicated to the identification, classification and location of phase-ground faults with high impedance, as well as to estimate their probable resistances. More specifically, it has been developed the decomposition technique in orthogonal components for voltage and current waveforms, as well as proposed a methodology for structural and parametric adjustment of systems fuzzy in order to integrate all variables from such decomposition. Simulation results based on modeling of real distribution feeder are presented to demonstrate the efficiency of the developed techniques.

No desenvolvimento deste estudo avaliou-se o comportamento térmico do bagaço de cana-de-açúcar, dois carvões minerais (CE4500 e PSOC1451), e suas misturas (75%carvão/25%bagaço) nas seguintes atmosferas: 80%N2/20%O2 (combustão convencional), 80%CO2/20%O2 (simulando oxi-combustão), 100% CO2, 100% N2 e 100% O2. Por meio da caracterização físico-química dos materiais e da análise térmica foram avaliados os perfis de decomposição térmica dos materiais, eventos entálpicos, determinação da energia de ativação, a influência da atmosfera na decomposição, emissões de SO2, CO2, NO e CO, a capacidade de queima, os resíduos e o efeito de sinergismo. As principais técnicas empregadas neste estudo foram análise elementar, análise termogravimétrica (TGA), análise térmica diferencial (DTA) e um reator tubular de queda livre (DTF - Drop Tube Furnace), desenvolvido no decorrer deste estudo. Os resultados termogravimétricos mostraram que a decomposição térmica do bagaço ocorre com maiores taxas de reação e picos exotérmicos mais intensos comparados aos carvões. Tal comportamento é atribuído ao alto teor de material volátil presente no bagaço. Esta característica do bagaço também promove a obtenção de menores valores de energia de ativação (Eα) na etapa inicial da decomposição térmica (30 kJ mol-1 comparados a 126 kJ mol-1 para o CE 4500 e 100 kJ mol-1 para o PSOC 1451), que confirmam a maior facilidade no processo de ignição do bagaço em relação aos carvões. Em relação ao efeito da atmosfera, quando N2 é substituído por CO2 observa-se aumento de 6 vezes nos valores iniciais de energia de ativação para o bagaço de cana (E inicial passa de 30 kJ mol-1 para 170 kJ mol-1). Contudo, efeito contrário é observado para os carvões (E inicial diminui de 200 para 130 kJ mol-1 para o CE 4500 e de 100 para 75 kJ mol-1 para o PSOC 1451). A diferença de comportamento do bagaço em relação aos carvões é atribuída ao mecanismo de difusão do material volátil durante a decomposição térmica considerando a escala de análise aplicada. Os resultados obtidos em DTF mostraram que, quando o processo ocorre sob atmosfera contendo CO2 (típica de oxi-combustão), para todos os materiais as emissões de NO são até 34% inferiores àquelas feitas sob atmosfera de ar. Entretanto, efeito contrário é observado para as emissões de CO. Em relação às emissões de SO2, nenhuma tendência pode ser observada. O rendimento da queima do bagaço foi 50% superior em atmosfera de ar devido à facilidade da ignição nesta atmosfera. Para o carvão CE 4500, os maiores rendimentos de queima foram obtidos em atmosferas contendo CO2 (8% a menos de material não queimado comparado aos resíduos obtidos em ar sintético). Em relação ao estudo de sinergismo, as técnicas de análise utilizadas no desenvolvimento desta pesquisa não apresentaram embasamento suficiente para comprovar positivamente a interação entre os materiais. Para ambas as misturas também não se evidenciaram alterações de comportamento em função da atmosfera utilizada. / This study evaluates the thermal behavior of sugar cane bagasse, two bituminous coals (CE 4500 and PSOC 1451) and blends composed of 75%coal/25%bagasse under 80%N2/20%O2 (conventional combustion), 80%CO2/20%O2 (oxy-fuel combustion simulation), 100% CO2, 100% N2 and 100% O2 atmospheres. The evaluations were conducted by means of ultimate analysis, Thermogravimetric analysis (TGA), Differential Thermal Analysis (DTA) and DTF (developed in this study) – which includes thermal decomposition profiles, determination of activation energy, evaluation of atmosphere and interaction effects on the blends, evaluation of SO2, CO2, NO e CO emissions, burning yield and residues analysis. The results show the high content of volatile matter in the bagasse leads to a high rate reaction during the thermal decomposition of the material in comparison to coals, hence, a higher intensity of exothermic events. Such a characteristic of the bagasse also influences the first step of the thermal decomposition and leads to a lower activation energy (Eα) (30 kJ mol-1) in comparison with the values obtained for coals (126 kJ mol-1 for CE 4500 and 100 kJ mol-1 for PSOC 1451). When N2 was replaced by CO2, the activation values obtained in the first step of the bagasse decomposition increased from 30 kJmol-1 to 170 kJ mol-1. However, an opposite effect was observed for both coals (E decreased from 200 to 130 kJ mol-1 for CE 4500 and from 100 to 75 kJ mol-1 for PSOC 1451). The difference was attributed to the volatile mechanism of the matter diffusivity during the thermal decomposition. The atmospheres applied did not affect the thermal decomposition behavior of the blends. Regarding the DTF results, under CO2 atmosphere, all materials showed lower NO emissions in comparison to air atmosphere - NO emissions were up to 34% lower than those in air atmosphere. However, the CO emissions were lower in the CO2 environment. No trend could be observed regarding SO2 emissions. The bagasse burning efficiency was 50% higher in air environment due to the easy ignition under such atmosphere. For coals, higher burning efficiency and lower activation values were achieved under CO2 atmosphere (8% higher). Regarding the study of synergism, the analytical techniques applied did not confirm the interaction between the materials.