Os processos de quebra e fusão que ocorrem em núcleos fracamente ligados tem apresentado grande interesse teórico e experimental recentemente. Para sistemas simples, como o dêuteron, essas reações tem sido estudado por décadas. O importante papel desempenhado pelo processo de quebra em reações induzidas por dêuterons, levou ao desenvolvimento da técnica CDCC que descreve simultaneamente o espalhamento elástico. Entretanto, quando os processos de quebra e fusão são consideradas separadamente, a aproximação DWBA provém razoável concordância com os dados experimentais para espectros e distribuições angulares. Nesse trabalho, usamos o potencial de alcance zero da aproximação DWBA na forma post para estimar as seções de choque total de quebra elástica e Coulomb-induzida como função da energia para diversos núcleos-alvo. Usamos o modelo de folding para estimar a seção de choque de absorção do dêuteron e comparamos as seções de choque de fusão completa e quebra elástica com a seção de choque de reação do dêuteron, com o objetivo de caracterizar a dependência da energia e da carga/massa dessas contribuições para a seção de choque de reação.

Este trabalho descreve o estudo das instabilidades magneto-hidro-dinâmicas (MHD) comumente observadas nas descargas elétricas de plasma no tokamak TCABR, do Instituto de Física da USP. Dois diagnósticos principais foram empregados para observar essas instabilidades: um conjunto poloidal de 24 bobinas magnéticas (bobinas de Mirnov) colocadas próximas à borda do plasma e um medidor de emissões na faixa do Ultra Violeta e de raios X moles com 20 canais (sistema SXR), cujo circuito de condicionamento de sinais foi aprimorado como parte deste trabalho. Esses diagnósticos foram escolhidos porque fornecem informações complementares, uma vez que o sistema SXR observa a parte central da coluna de plasma, enquanto as bobinas de Mirnov detectam as instabilidades MHD na região mais externa da coluna. As informações coletadas por esses diagnósticos foram submetidas à análise espectral com resolução temporal e espacial, possibilitando determinar a evolução das características espectrais e espaciais das instabilidades MHD observadas. Essas análises revelaram que durante a etapa inicial da formação do plasma (quando a corrente de plasma ainda está aumentando) ilhas magnéticas com números de onda decrescente, identificadas como sendo modos kink de borda, são detectadas nas bobinas de Mirnov. Após a formação do plasma, quando os parâmetros de equilíbrio estão relativamente estáveis (platô), oscilações são detectadas tanto nas bobinas de Mirnov quanto no sistema de SXR, indicando a presença de instabilidades MHD em toda a coluna de plasma. Em geral as oscilações medidas nas bobinas de Mirnov tem baixa amplitude e correspondem a pequenas ilhas magnéticas que foram identificadas como sendo modos de ruptura (modos tearing). Por outro lado, as instabilidades na região central foram identificadas como dentes de serra, que correspondem a relaxações periódicas da região interna à superfície magnética com fator de segurança q=1 e que são acompanhadas de oscilações precursoras, cuja amplitude depende da fase do ciclo de relaxação. Devido à essa modulação de amplitude, aparecem picos de frequência satélite nos espectrogramas dos sinais do SXR. Além disso, devido ao fato dos ciclos de relaxação não serem sinusoidais, os harmônicos da frequência de relaxação também aparecem nesses espectrogramas. No entanto, em muitas descargas do TCABR, a intensidade das oscilações medidas nas bobinas de Mirnov aumentam significativamente durante o platô, com efeitos sobre a frequência de todas as instabilidades MHD, até mesmo sobre os dentes de serra localizados na região central da coluna. Em todos os casos, observou-se que durante o platô a frequência das ilhas magnéticas coincide com a frequência das oscilações precursoras do dente de serra, apesar de serem duas instabilidades distintas, localizadas em posições radiais muito diferentes. Essa coincidência de frequências possibilitou descrever a evolução em frequência de todas as oscilações detectadas em diversos diagnósticos com base em apenas duas frequências básicas: a dos ciclos de relaxação dente de serra e a das ilhas magnéticas. / This work describes the study of magneto-hydro-dynamic instabilities (MHD) commonly observed in plasma discharges in tokamak TCABR (at Instituto de Física da USP). Two main diagnostics were employed to observe these instabilities: a poloidal set of 24 magnetic coils (Mirnov coils) placed near the plasma border and a detector of emissions in the Ultra Violet and soft X-ray range with 20 channels (SXR system) which improvement of the signal conditioning circuit was done as part of this work. These diagnostics were chosen because they provide complementary information, since the SXR system measures the central part of the plasma column, while the Mirnov coils detect the MHD instabilities in the outer part of the column. The information collected by these diagnoses was submitted to spectral analysis with temporal and spatial resolution, making it possible to determine the evolution of the spectral and spatial characteristics of the observed MHD instabilities. These analyzes revealed that during the initial stage of the plasma formation (when the plasma current is still increasing) magnetic islands with decreasing wave numbers, identified as edge kink modes, are detected in the Mirnov coils. After the plasma formation, when the equilibrium parameters are relatively flat (plateau), oscillations are detected in both Mirnov coils and SXR system, indicating the presence of MHD instability in the whole plasma column. In general, the fluctuations measured by the Mirnov coils have low amplitude corresponding to small magnetic islands, which were identified as tearing modes. On the other hand, the instabilities at the central region were identified as sawteeth oscillations that correspond to periodic relaxations in the internal region of the magnetic surface with safety factor q = 1 and that are accompanied by precursor oscillations which amplitude depends on the phase of the relaxation cycles. Due to this amplitude modulation, frequency satellite peaks appear in the spectrograms of the SXR signals. Furthermore, due to the fact that relaxation cycles are not sinusoidal, harmonics of the relaxation frequency also appear in the spectrograms. However, in many TCABR discharges, the intensity of the oscillations measured by the Mirnov coils increase significantly during the plateau, with affects the frequency of all MHD instabilities, even over the sawteeth in the central region of the column. In all cases, it was observed that during the plateau the frequency of the magnetic islands coincides with the frequency of the sawtooth precursors, although they are two different instabilities located in separated radial positions. This coincidence of frequencies allowed describing the frequency evolution of all measured oscillations by considering only two basic frequencies: the cycles of sawtooth relaxation and the magnetic islands.

Orientador: Ricardo Egydio de Carvalho / Banca: Iberê Luiz Caldas / Banca: Marisa Roberto / Resumo: Investigamos nesta dissertação a introdução de uma barreira dinâmica em diferentes sistemas físicos caóticos, a fim de analisar a influência que esta barreira causa na dinâmica e topologia destes sistemas. A barreira principal deste estudo é a barreira denominada Toro Robusto, que nada mais é do que uma curva invariante no espaço de fases em meio a estruturas de ressonância, mares de caos, etc. A barreira Toro Robusto bloqueia a difusão caótica no espaço de fases associado ao sistema físico, e causa também uma estabilização em sua vizinhança linear. Introduziremos Toros Robustos em vários tipos de sistemas dinâmicos, como por exemplo, em uma Hamiltoniana "Toy Model" a fim de entender o seu efeito no processo de reconexão ou "overlap" de ressonâncias isócronas. Toros Robustos quebrando a dimerização de cadeias de ressonância também foram estudados no mapa padrão "não-twist". O bloqueio da difusão de Arnold no mapa padrão acoplado também foi mostrado, assim como, a introdução de Toros Robustos em sistemas utilizados em física de plasmas, como meio de controle de caos em plasma confinado em Tokamak. Outra barreira apresentada aqui é a barreira do tipo "meander" que surge através do processo de reconexão de ressonâncias no espaço de fases. Introduziremos um novo mapa discreto que chamamos de Mapa padrão "não-twist" labiríntico, que apresenta múltiplas regiões de barreiras "meanders" por todo o espaço de fases / Abstract: We investigated in this work the introduction of a dynamical barrier in different chaotic physical systems in order to analyze the influence that it causes in the topology and in the dynamics of them. The main barrier studied here is called Robust Tori which is an invariant curve in the phase space permeated by resonance structures and chaotic seas. The Robust Torus barrier blocks the chaotic diffusion in the phase space of the associated physical system, and it also causes a linear stabilization in its neighborhood. Robust Tori will be introduced in several types of dynamic systems, such as in a Toy Model Hamiltonian in order to understand their effect on the reconnection process or overlap of isochronous resonances. The breakdown of resonance dimerization by Robust Tori was also studied using the nontwist standard map. The blocking of Arnold diffusion in the coupled standard map was also shown, as well as the introduction of Robust Tori in relevant models for plasma physics as a tool for controlling chaos in confined plasmas in Tokamaks. Another barrier, which is presented here, is the meander barrier that emerges through the reconnection process of resonances in phase space. We will also introduce a new discrete map, which we call labyrinthic standard non-twist map that shows multiple regions of meanders barriers around the phase space / Mestre

Este trabalho descreve o estudo das instabilidades magneto-hidro-dinâmicas (MHD) comumente observadas nas descargas elétricas de plasma no tokamak TCABR, do Instituto de Física da USP. Dois diagnósticos principais foram empregados para observar essas instabilidades: um conjunto poloidal de 24 bobinas magnéticas (bobinas de Mirnov) colocadas próximas à borda do plasma e um medidor de emissões na faixa do Ultra Violeta e de raios X moles com 20 canais (sistema SXR), cujo circuito de condicionamento de sinais foi aprimorado como parte deste trabalho. Esses diagnósticos foram escolhidos porque fornecem informações complementares, uma vez que o sistema SXR observa a parte central da coluna de plasma, enquanto as bobinas de Mirnov detectam as instabilidades MHD na região mais externa da coluna. As informações coletadas por esses diagnósticos foram submetidas à análise espectral com resolução temporal e espacial, possibilitando determinar a evolução das características espectrais e espaciais das instabilidades MHD observadas. Essas análises revelaram que durante a etapa inicial da formação do plasma (quando a corrente de plasma ainda está aumentando) ilhas magnéticas com números de onda decrescente, identificadas como sendo modos kink de borda, são detectadas nas bobinas de Mirnov. Após a formação do plasma, quando os parâmetros de equilíbrio estão relativamente estáveis (platô), oscilações são detectadas tanto nas bobinas de Mirnov quanto no sistema de SXR, indicando a presença de instabilidades MHD em toda a coluna de plasma. Em geral as oscilações medidas nas bobinas de Mirnov tem baixa amplitude e correspondem a pequenas ilhas magnéticas que foram identificadas como sendo modos de ruptura (modos tearing). Por outro lado, as instabilidades na região central foram identificadas como dentes de serra, que correspondem a relaxações periódicas da região interna à superfície magnética com fator de segurança q=1 e que são acompanhadas de oscilações precursoras, cuja amplitude depende da fase do ciclo de relaxação. Devido à essa modulação de amplitude, aparecem picos de frequência satélite nos espectrogramas dos sinais do SXR. Além disso, devido ao fato dos ciclos de relaxação não serem sinusoidais, os harmônicos da frequência de relaxação também aparecem nesses espectrogramas. No entanto, em muitas descargas do TCABR, a intensidade das oscilações medidas nas bobinas de Mirnov aumentam significativamente durante o platô, com efeitos sobre a frequência de todas as instabilidades MHD, até mesmo sobre os dentes de serra localizados na região central da coluna. Em todos os casos, observou-se que durante o platô a frequência das ilhas magnéticas coincide com a frequência das oscilações precursoras do dente de serra, apesar de serem duas instabilidades distintas, localizadas em posições radiais muito diferentes. Essa coincidência de frequências possibilitou descrever a evolução em frequência de todas as oscilações detectadas em diversos diagnósticos com base em apenas duas frequências básicas: a dos ciclos de relaxação dente de serra e a das ilhas magnéticas. / This work describes the study of magneto-hydro-dynamic instabilities (MHD) commonly observed in plasma discharges in tokamak TCABR (at Instituto de Física da USP). Two main diagnostics were employed to observe these instabilities: a poloidal set of 24 magnetic coils (Mirnov coils) placed near the plasma border and a detector of emissions in the Ultra Violet and soft X-ray range with 20 channels (SXR system) which improvement of the signal conditioning circuit was done as part of this work. These diagnostics were chosen because they provide complementary information, since the SXR system measures the central part of the plasma column, while the Mirnov coils detect the MHD instabilities in the outer part of the column. The information collected by these diagnoses was submitted to spectral analysis with temporal and spatial resolution, making it possible to determine the evolution of the spectral and spatial characteristics of the observed MHD instabilities. These analyzes revealed that during the initial stage of the plasma formation (when the plasma current is still increasing) magnetic islands with decreasing wave numbers, identified as edge kink modes, are detected in the Mirnov coils. After the plasma formation, when the equilibrium parameters are relatively flat (plateau), oscillations are detected in both Mirnov coils and SXR system, indicating the presence of MHD instability in the whole plasma column. In general, the fluctuations measured by the Mirnov coils have low amplitude corresponding to small magnetic islands, which were identified as tearing modes. On the other hand, the instabilities at the central region were identified as sawteeth oscillations that correspond to periodic relaxations in the internal region of the magnetic surface with safety factor q = 1 and that are accompanied by precursor oscillations which amplitude depends on the phase of the relaxation cycles. Due to this amplitude modulation, frequency satellite peaks appear in the spectrograms of the SXR signals. Furthermore, due to the fact that relaxation cycles are not sinusoidal, harmonics of the relaxation frequency also appear in the spectrograms. However, in many TCABR discharges, the intensity of the oscillations measured by the Mirnov coils increase significantly during the plateau, with affects the frequency of all MHD instabilities, even over the sawteeth in the central region of the column. In all cases, it was observed that during the plateau the frequency of the magnetic islands coincides with the frequency of the sawtooth precursors, although they are two different instabilities located in separated radial positions. This coincidence of frequencies allowed describing the frequency evolution of all measured oscillations by considering only two basic frequencies: the cycles of sawtooth relaxation and the magnetic islands.

Um detetor HPGe foi calibrado na faixa de energia 4 a 10 MeV usando fótons provenientes do decaimento do produto da reação 27Al(p, g)28Si em linha, observando as ressonâncias com prótons de energias 992 e 1317 keV. Foram feitas calibrações de energia e eficiência de deteção de fótons e foi analisada a dependência da largura a meia altura dos picos com a meia vida do estado inicial e a energia da transição. Os efeitos do produto da reação estar em movimento, como o efeito Doppler no decaimento em vôo, perda de velocidade do núcleo ao recuar dentro do alvo e energia de recuo são importantes na calibração de energia e análise da largura do pico. A calibração da eficiência depende de outras calibrações: razão entre a área dos picos de absorção total de energia, escapes simples e duplo dos gamas de aniquilação; razão entre a área total do espectro pela área do pico. Os resultados experimentais foram comparados com simulações do espectro usando o código MCNP, sendo que as dimensões internas do detetor, inacessíveis para medição, foram escolhidas de modo a reproduzir parâmetros deduzidos de espectros gama experimentais. A simulação se mostrou capaz de descrever tanto a eficiência para absorção total de energia quanto a razão entre as áreas dos picos de absorção total de energia, escape simples e duplo do gama de aniquilação, mas não foi capaz de descrever a razão entre a área total do espectro e a do pico. / An HPGe detector was calibrated in the 4 to 10 MeV energy range using photons from the decay of the 992 and 1317 keV proton resonances in the reaction 27Al(p, g)28Si on-line. Energy and photon detection efficiencies were calibrated and the dependence of the peak full width at half maximum on the transition energy and initial level half-life was analyzed. The effects of the reaction product motion, like Doppler shift due to in-flight decay, slowing down in the target, and nuclear recoil energy from photon emission, are important for energy calibration and peak width analyses. The efficiency calibration required other calibrations: the full energy peak to single and double escape counting ratios, and total spectrum to peak areas ratio. The experimental results were compared to simulations with MCNP code, where internal detector dimensions, inaccessible to measurement, were chosen in order to fit the experimental gamma spectrum parameters. The simulation was able to explain the full energy peak to single escape and double escape counting ratios, and full-energy peak detection efficiency, but was unable to fit the total spectrum to peak areas ratio.

Um detetor HPGe foi calibrado na faixa de energia 4 a 10 MeV usando fótons provenientes do decaimento do produto da reação 27Al(p, g)28Si em linha, observando as ressonâncias com prótons de energias 992 e 1317 keV. Foram feitas calibrações de energia e eficiência de deteção de fótons e foi analisada a dependência da largura a meia altura dos picos com a meia vida do estado inicial e a energia da transição. Os efeitos do produto da reação estar em movimento, como o efeito Doppler no decaimento em vôo, perda de velocidade do núcleo ao recuar dentro do alvo e energia de recuo são importantes na calibração de energia e análise da largura do pico. A calibração da eficiência depende de outras calibrações: razão entre a área dos picos de absorção total de energia, escapes simples e duplo dos gamas de aniquilação; razão entre a área total do espectro pela área do pico. Os resultados experimentais foram comparados com simulações do espectro usando o código MCNP, sendo que as dimensões internas do detetor, inacessíveis para medição, foram escolhidas de modo a reproduzir parâmetros deduzidos de espectros gama experimentais. A simulação se mostrou capaz de descrever tanto a eficiência para absorção total de energia quanto a razão entre as áreas dos picos de absorção total de energia, escape simples e duplo do gama de aniquilação, mas não foi capaz de descrever a razão entre a área total do espectro e a do pico. / An HPGe detector was calibrated in the 4 to 10 MeV energy range using photons from the decay of the 992 and 1317 keV proton resonances in the reaction 27Al(p, g)28Si on-line. Energy and photon detection efficiencies were calibrated and the dependence of the peak full width at half maximum on the transition energy and initial level half-life was analyzed. The effects of the reaction product motion, like Doppler shift due to in-flight decay, slowing down in the target, and nuclear recoil energy from photon emission, are important for energy calibration and peak width analyses. The efficiency calibration required other calibrations: the full energy peak to single and double escape counting ratios, and total spectrum to peak areas ratio. The experimental results were compared to simulations with MCNP code, where internal detector dimensions, inaccessible to measurement, were chosen in order to fit the experimental gamma spectrum parameters. The simulation was able to explain the full energy peak to single escape and double escape counting ratios, and full-energy peak detection efficiency, but was unable to fit the total spectrum to peak areas ratio.

Orientador: Munemasa Machida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:07:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arsioli_BrunoSversut_M.pdf: 7832170 bytes, checksum: 4c771ec7e75b395d3088ed5f46d63820 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O desenvolvimento deste trabalho ocorreu em duas frentes distintas relacionadas à grande área de pesquisa: Fusão Termonuclear Controlada em dispositivos do tipo tokamak. A primeira fase abordou estudos de espectroscopia, tendo como principal motivação o aprimoramento dos métodos de medida e tratamento de dados na área de diagnósticos de plasmas quentes. Os trabalhos consistem no diagnóstico por espectroscopia na região do ultravioleta do vácuo (UVV), realizados nos tokamaks TCABr-USP (Lab. Plasmas USP) e Nova-Unicamp (Lab. de Plasmas IFGW-UNICAMP), e concentraram-se na utilização do detector multicanal do tipo MCP-CCD, acoplado a um espectr ômetro de grade simples McPherson-225 operando na região espectral de 500 a 3200 °A, buscando ordens superiores de difração para o cálculo da temperatura iônica (Ti) via medida do alargamento Doppler (??D). A ideia para o cálculo da Ti é a utilização da relação entre os sinais de ordens superiores de difração (OSD), a fim de reduzir a influência do alargamento instrumental no cálculo do parâmetro ??D, do qual depende a medida de Ti. Também foram coletados dados com fotomultiplicadora, explorando a possibilidade de registrar a evolução temporal (com resolução de 1ms) da intensidade das emissões de algumas das principais impurezas presentes no plasma. Numa segunda fase, realizaram-se estudos do aquecimento do plasma por meio de injeção de partícula neutras (IPN) de alta energia (42-93 keV) no tokamak ASDEX Upgrade (Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik; Garching- Alemanha). Tal atividade foi desenvolvida dentro do programa de mestrado em fusão nuclear da União Europeia, ErasmusMundus Fusion-EP, que esteve sob orientação de Dr. Ryter Fran¸cois, e supervisão de Prof. Dr. Stroth Ulrich (Universitat Stuttgart) e Jose Ramon Martin Solis (Universidad Carlos III de Madrid). O tokamak ASDEX Upgrade geralmente opera com plasma de Deutério, sendo a Injeção de Partículas Neutras de Deutério (IPN-D) a principal forma de aquecimento. Para este esquema de operação usual, os perfis de deposição de energia do feixe, ao longo da direção radial, foram extensivamente documentados por meio de cálculos com o código computacional FAFNER. Formulas gerais para os principais parâmetros relacionados à potência depositada e confinamento dos íons rápidos foram desenvolvidas e são rotineiramente utilizadas. No entanto, plasmas de Hélio aquecido por injeção de hidrogênio (IPN-H) e deutério (IPN-D), ocasionalmente são utilizados no ASDEX Upgrade. Uma das motivações para o estudo desse cenário reside na possibilidade de operação do ITER com plasma de hélio, ao menos na fase inicial de baixa ativação. Tal escolha permitiria comissionar os sistemas de controle e diagnóstico sem a necessidade de ativação radioativa das estruturas que compõe o reator, já que as taxas de fusão nuclear seriam mínimas. Até então, a documentação da deposição de potência por IPN em plasma de hélio no tokamak ASDEX Upgrade ainda não havia sido realizada. O objetivo do presente trabalho é a documentação das propriedades de aquecimento por IPN-H e IPN-D em plasma de hélio, utilizando o código FAFNER, sendo de grande interesse viabilizar o uso de uma nova base de dados chamada ADAS. Esta, contém tabelas com coeficientes de atenuação ?s??i adicionais, permitindo levar em conta a presença de átomos excitados no feixe de partículas neutras interagindo com o plasma, o que tem impacto direto sobre a deposição de potência por IPN / Abstract: The development of the present work has happened in two frames strictly related with the research on Thermonuclear Fusion in tokamaks. The first phase was dedicated to studies with spectroscopy, which had as main motivation the development of measurement and data treatment methods concerning hot plasmas diagnostic. Basically, it consisted in UV spectroscopic measurements carried on at TCABr-USP (Lab. Plasmas USP - São Paulo, Brazil) and Nova-Unicamp (Lab. de Plasmas do IFGW-UNICAMP - Campinas, Brazil) tokamaks. The activities were concentrated on the use of a multichannel detector MCP-CCD type, coupled with a single grating spectrometer McPherson-225, allowing VUV spectroscopy at the 500 - 3200°A spectra. The main objective was to look for signals of high diffraction orders aiming to calculate ion temperature via Doppler broadening (??D). The idea for getting precise Ti measurements was to make a relation between high diffraction order (HDO) signals to reduce the influence of the instrumental broadening, which has been accomplished with success. A series of data with photomultiplier was collected at the UV region, exploring the possibility of getting the time evolution of the emission intensity of the main impurities from the plasma. All work carried out on spectroscopy in small size experiments like NOVA tokamak are of great importance. In a second phase, studies related with plasma heating by Neutral Beam Injection (NBI) 42-93 keV were carried out in ASDEX Upgrade tokamak (at Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik; Garching-Germany). This activity was developed in the frame of European Union Master Program, ErasmusMundus Fusion-EP, oriented by Dr. Ryter Fran¸cois, and supervised by Prof. Dr. Stroth Ulrich (Universitat Stuttgart) and Prof. Dr.Jose Ramon Martin Solis (Universidad Carlos III de Madrid). The ASDEX Upgrade tokamak is generally operated in deuterium plasma with deuterium Neutral Beam Injection (D-NBI) as main heating. For this usual operation scheme, the heating power deposition has been extensively documented by calculations with the code FAFNER. General fit formulas for the most important parameters related to the power deposition and fast ion content have been developed and are routinely used. However, helium plasmas heated by H-NBI or D-NBI are also occasionally performed in ASDEX Upgrade. One of the motivation for using helium resides in the fact that the low activation phase of ITER might be, at least partly, carried out in helium plasmas. So far, the documentation of the NBI deposition in helium plasmas in ASDEX Upgrade has not been made. The aim of the present work was to document the heating properties of H-NBI and D-NBI for helium plasmas, using the FAFNER code, being of great interest to get FAFNER running with new libraries (ADAS) for the calculation of the stopping rate coefficients ?s??i, allowing to evaluate the influence of excited atoms in the neutral beam. The final goal was to provide a reliable estimate of the main quantities linked to NBI heating in a set of helium discharges, in particular absorbed power, fast ion losses and fast ion energy content / Mestrado / Física de Plasmas e Descargas Elétricas / Mestre em Física

O aumento no consumo energético mundial e a perspectiva de esgotamento das reservas de combustíveis fósseis têm estimulado o desenvolvimento de tecnologias e materiais para aplicações nos futuros reatores de fusão nuclear e reatores de fissão a nêutrons rápidos. O foco deste trabalho é avaliar a estabilidade microestrutural de um material tecnologicamente promissor por meio de diferentes técnicas de caracterização. O material estudado, o aço ODS-EUROFER, é um aço ferrítico-martensítico de atividade reduzida de composição 9%Cr-1%W (em massa) endurecido pela dispersão de 0,3% (em massa) de óxido de ítrio. Amostras foram laminadas até 80% de redução e submetidas a tratamentos isotérmicos em 800 °C por até 6 meses (4320 h) de duração para se investigar a ocorrência de fenômenos tais como recuperação, recristalização, crescimento de grão, precipitação e engrossamento de Ostwald. Outro conjunto de amostras foi recozido por 1 hora em temperaturas entre 900 e 1300 °C para se estudar a transformação martensítica neste material. Diversas técnicas de caracterização microestrutural complementares entre si (MEV, MET, DRX, EBSD, APT, ensaios de microdureza Vickers, dilatometria, DTA e magnetização) foram empregadas. Os resultados obtidos indicam que a dispersão de partículas nanométricas de Y2O3 confere uma grande resistência à recristalização primária, favorecendo a recuperação estática como principal mecanismo de amolecimento durante o recozimento prolongado deste aço. De modo similar, o crescimento de grão foi suprimido no campo austenítico em temperaturas tão altas quanto 1200 °C. / The rise in the world energy consumption and the possibility of depletion of the fossil fuel reserves have stimulated the development of new technologies and new materials for applications in the future nuclear fusion reactors and in the fast breeder fission reactors. The aim of this study is to evaluate the microstructural stability of a technologically promising material by using different characterization techniques. The investigated material, the ODS-EUROFER steel, is 9Cr-1W (%wt) reduced-activation ferritic-martensitic steel reinforced with a dispersion of 0.3%wt of yttrium oxide nanoparticles. Samples were cold rolled to 80% thickness reduction and subjected to isothermal annealing at 800 °C for up to 6 months (4,320 h) to investigate the occurrence of phenomena such as recovery, recrystallization, grain growth, precipitation, and Ostwald ripening. Another set of samples was annealed for 1 hour at temperatures between 900 and 1300 °C to study the martensitic transformation in this steel. Several complementary microstructural characterization techniques were employed (SEM, TEM, XRD, EBSD, APT, Vickers hardness, dilatometry, DTA and magnectic measurements). The results suggest that the dispersion of nanoscaled particles of Y2O3 provides a high resistance to discontinous recrystallization and favors static recovery as the main softening mechanism during long-term annealing in this steel. Similarly, grain growth was suppressed even in temperatures as high as 1200 °C in the austenitic field.

O aumento no consumo energético mundial e a perspectiva de esgotamento das reservas de combustíveis fósseis têm estimulado o desenvolvimento de tecnologias e materiais para aplicações nos futuros reatores de fusão nuclear e reatores de fissão a nêutrons rápidos. O foco deste trabalho é avaliar a estabilidade microestrutural de um material tecnologicamente promissor por meio de diferentes técnicas de caracterização. O material estudado, o aço ODS-EUROFER, é um aço ferrítico-martensítico de atividade reduzida de composição 9%Cr-1%W (em massa) endurecido pela dispersão de 0,3% (em massa) de óxido de ítrio. Amostras foram laminadas até 80% de redução e submetidas a tratamentos isotérmicos em 800 °C por até 6 meses (4320 h) de duração para se investigar a ocorrência de fenômenos tais como recuperação, recristalização, crescimento de grão, precipitação e engrossamento de Ostwald. Outro conjunto de amostras foi recozido por 1 hora em temperaturas entre 900 e 1300 °C para se estudar a transformação martensítica neste material. Diversas técnicas de caracterização microestrutural complementares entre si (MEV, MET, DRX, EBSD, APT, ensaios de microdureza Vickers, dilatometria, DTA e magnetização) foram empregadas. Os resultados obtidos indicam que a dispersão de partículas nanométricas de Y2O3 confere uma grande resistência à recristalização primária, favorecendo a recuperação estática como principal mecanismo de amolecimento durante o recozimento prolongado deste aço. De modo similar, o crescimento de grão foi suprimido no campo austenítico em temperaturas tão altas quanto 1200 °C. / The rise in the world energy consumption and the possibility of depletion of the fossil fuel reserves have stimulated the development of new technologies and new materials for applications in the future nuclear fusion reactors and in the fast breeder fission reactors. The aim of this study is to evaluate the microstructural stability of a technologically promising material by using different characterization techniques. The investigated material, the ODS-EUROFER steel, is 9Cr-1W (%wt) reduced-activation ferritic-martensitic steel reinforced with a dispersion of 0.3%wt of yttrium oxide nanoparticles. Samples were cold rolled to 80% thickness reduction and subjected to isothermal annealing at 800 °C for up to 6 months (4,320 h) to investigate the occurrence of phenomena such as recovery, recrystallization, grain growth, precipitation, and Ostwald ripening. Another set of samples was annealed for 1 hour at temperatures between 900 and 1300 °C to study the martensitic transformation in this steel. Several complementary microstructural characterization techniques were employed (SEM, TEM, XRD, EBSD, APT, Vickers hardness, dilatometry, DTA and magnectic measurements). The results suggest that the dispersion of nanoscaled particles of Y2O3 provides a high resistance to discontinous recrystallization and favors static recovery as the main softening mechanism during long-term annealing in this steel. Similarly, grain growth was suppressed even in temperatures as high as 1200 °C in the austenitic field.

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Pesquisar os efeitos de tais formatos de texto justifica-se pelo fato de as mídias digitais estarem presentes no cotidiano dos jovens, que são o público alvo do estudo. Pesquisar formas alternativas de mídias educacionais pode representar avanços no processo de ensino e aprendizagem ao tornar mais evidentes quais as melhores formas de utilização desses. Para tanto foi produzido um texto sobre a formação do sistema solar e a energia de fusão nuclear do Sol, em formato EPUB3, o que possibilita qualquer pessoa o acessar nas principais plataformas digitais, com o auxílio de um leitor de ebooks. O mesmo material foi utilizado em dois momentos diferentes com os alunos: no primeiro, usamos um texto em formato tradicional, com imagens estáticas. No segundo momento, o mesmo texto escrito foi apresentado aos alunos, mas desta vez com vídeos substituindo algumas das imagens estáticas do primeiro, contendo animações referentes às imagens estáticas que substituíram. Antes e após a aplicação dos dois materiais, foi aplicado um questionário com perguntas referentes ao texto e aos vídeos. A análise dos questionários e opinião dos alunos participantes mostra uma melhora na aprendizagem e desempenho nos testes e sugere que vídeos em materiais digitais têm forte potencial para facilitar o aprendizado de conceitos físicos bastante abstratos e normalmente distantes do cotidiano dos alunos. / The main goal of this dissertation is to evaluate the effect of digital instructional materials with integrated text and videos, applying therefore an Information and Communication Technology (ICT) in a High School environment. Probing the effects of such materials is justified in that digital media are ubiquitous in young learners’ lives, the target group of our study. Alternative educational media can lead to advances in the teaching and learning processes if the best strategies for their application is made evident. With that aim, we have produced a digital instructional material about the formation of the solar system and nuclear fusion energy in the Sun in EPUB3 format, which makes it readily accesible in the most important operating systems with the aid of an e-book reader. The same material was used in two different instances: in the first one, we used the text in its most traditional format, consisting only of written text and static images. In the second instance, we handed students the same written text, but with videos replacing some of the static images. The videos contained animations which intended to illustrate the same concepts covered in the static images they replaced. Before and after the application of the two materials, students answered a questionnaire about the written material and about the videos. The analysis of the answers to the questionnaire shows a significant improvement in the understanding of the concepts especially after the study of the materials with the videos, which suggests that videos in digital media can potentially enhance the learning of rather abstract physical concepts which are not usually present in the students’ everyday lives.