O Programa de Controle de Qualidade de sistemas geradores de raios X inclui a verificação periódica da constância dos feixes de raios X, para tanto é preciso que o físico especialista conheça as respostas dos instrumentos medidores de radiação. Neste trabalho foi analisado o comportamento das câmaras de ionização submetidas a feixes de radiação em Radiodiagnóstico nas energias de 50, 81, 90 e 102 kV. Inicialmente foram realizadas medidas experimentais com oito câmaras de ionização de quatro modelos- e, em seguida, foi simulado através do Método de Monte Carlo, com o código MCNP5, um sistema gerador de raios X e os quatro modelos de câmaras de ionização empregados na parte experimental. Com as simulações de arranjo padronizado foi calculado o valor de kerma no ar e foram comparadas, então, as respostas obtidas experimentalmente com os cálculos por simulação. As correlações obtidas entre os resultados permitiram o desenvolvimento de uma ferramenta que apresenta maiores informações para a compreensão dos equipamentos detectores utilizados, e que auxilia o especialista em física médica na análise da resposta dos detectores. / The Quality Control Program for X ray generator systems includes the periodic verification of the X rays beams constancy, therefore it is necessary that the medical physics specialist knows the measuring instruments physical response to radiation. In this work it was analyzed the behavior of ionization chambers subjected to radiation beams at diagnostic radiology energies of 50, 81, 90 and 102 kV. Initially it was performed experimental measurements with eight ionization chambers four models- and then it was simulated, by Monte Carlo Method, with the MCNP5 code an X ray generator system and the four ionization chambers models used in the experimental part. A patterned array was taken by the simulations and the air kerma value was calculated to the simulated system and then those values were compared to the experimental data. The correlations between the results allowed the development of a tool that enables a better understanding of the detectors and helps the physics specialist in the analysis of the detectors response.

O uso de nanomateriais em aplicações como catálise e medicina, despertou nos últimos anos o interesse no estudo das propriedades de nanoclusters. O estudo das propriedades termodinâmicas desses sistemas é essencial, pois mudanças estruturais originadas de mudanças de fase podem alterar propriedades como atividade catalítica, momento magnético e propriedades óticas. A dinâmica molecular vêm sendo utilizada para o estudo computacional das propriedades termodinâmicas de diversos nanomateriais, enquanto o uso de métodos de Monte Carlo (MC), nesse contexto, tem se restringido ao estudo de nanoclusters de Lennard-Jones (LJ). Para avaliar a viabilidade do uso de métodos de MC no estudo de propriedades de sistemas reais, uma implementação do método Parallel Tempering Monte Carlo (PTMC) utilizando algoritmos do estado da arte para realização de trocas, determinação de temperaturas e ajuste de deslocamentos foi construída. Através de testes, é mostrado que alguns dos algoritmos implementados podem não ser adequados ao estudo do problema em questão. A implementação foi validada com o estudo das propriedades termodinâmicas de nanoclusters de LJ com 38, 55 e 147 átomos, que possuem resultados conhecidos na literatura. Além disso, resultados para propriedades do nanocluster LJ98 são apresentados, e devido à características estruturais desse sistema, é observada uma transição sólido-sólido entre as estruturas tetraédricas e icosaédricas em temperatura abaixo da de fusão. A hipótese do uso do algoritmo PTMC para o estudo de propriedades de materiais reais, foi testada nas nanoligas (PtCo)55 e (PtNi)55, descritas pelo potencial de Gupta. Através da comparação das estruturas de mais baixa energia com resultados de teoria do funcional da densidade (DFT, do inglês), é mostrado que o uso do potencial de Gupta pode ser justificado, dados os baixos desvios no comprimento de ligação (menores que 2.4%) e a semelhança de outras características estruturais. Os resultados obtidos indicam que o método PTMC é capaz de identificar as mudanças de fase das nanoligas estudadas. Essas mudanças são ilustradas e analisadas com o uso de um algoritmo para a comparação da similaridade de estruturas, com o qual foi possível analisar a fusão dos nanoclusters Co55, Ni55, Pt30Co25 e Pt40Ni15 (obtida em temperaturas entre 900 e 1100 K); além da fusão, a 727 K, e transição sólido-sólido, a 300 K, para a Pt55. Com as estruturas mais frequentes, encontradas através da análise de similaridade, e com a realização de cálculos DFT, foi possível observar um deslocamento do centro da banda d em direção ao HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) causado pelo aumento da temperatura. Esse deslocamento, segundo o modelo da banda d válido para superfícies, pode indicar uma maior reatividade dos nanoclusters nesses casos. / The use of nanomaterials in applications such as catalysis and medicine, aroused in the last years interest in studying properties of nanoclusters. The study of thermodynamic properties of these systems is essential, since structural changes originated from phase changes can alter properties such as catalytic activity, magnetic moment and optical properties. Molecular dynamics have been used for the computational study of thermodynamic properties of various nanomaterials, while the use of Monte Carlo methods (MC), in this context, has been restricted to the study of Lennard-Jones (LJ) nanoclusters. To evaluate the feasibility of using MC methods to study properties of real systems, an implementation of the Parallel Tempering Monte Carlo (PTMC) method using state of the art algorithms to perform exchanges, determine the temperature set and adjust the maximum displacement, was built. Through testing, it is shown that some of the implemented algorithms may not be suitable for the study of the problem in question. The implementation was validated by studying the thermodynamic properties of LJ nanoclusters with 38, 55 and 147 atoms, which have results known in the literature. In addition, results for the properties of the LJ98 nanocluster are reported, and due to the structural features of this system, a solid-solid transition between the tetrahedral and icosahedral structures in a temperature below melting is observed. The possibility of using the PTMC algorithm in the study of properties of real materials, is tested in the (PtCo)55 and (PtNi)55 nanoalloys, described by the Gupta potential. By comparing the lowest energy structures with density functional theory (DFT) results, it is shown that the use of the Gupta potential can be justified, given the small deviation in the bond lenght (less than 2.4%) and the similarity of other structural features. The results indicate that the PTMC method is able to identify the phase changes in the studied nanoalloys. These changes are illustrated and analyzed with the use of an algorithm for comparing the structure similarity, which made possible the analysis of the melting of the Co55, Ni55, Pt30Co25 e Pt40Ni15 nanoclusters (obtained at temperatures between 900 e 1100 K); and the melting at 727 K, and solid-solid transition at 300 K, for Pt55. With the most frequent structures, obtained by the similarity analysis, and through DFT calculations, it was possible to observe a shift in the d band center to the HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) caused by the temperature increase. This shift, following the d band model valid for surfaces, may indicate a higher reactivity of the nanocluster in these cases.

Rejeitos radioativos são gerados em todas as etapas do ciclo do combustível nuclear e em instituições que fazem uso de elementos radioativos. No Brasil, para que possam atender a legislação vigente, eles devem ser devidamente gerenciados e tratados. A caracterização é a etapa do gerenciamento de rejeitos radioativos que certifica e complementa as informações presentes no documento de identificação fornecido pelo gerador dos rejeitos radioativos. O objetivo desse trabalho foi desenvolver uma metodologia para caracterização de tambores de rejeitos radioativos. Neste trabalho foi utilizada a técnica de espectrometria gama associada ao método de Monte Carlo para obter e estabelecer uma relação entre as eficiências de contagens teóricas e experimentais para quatro tambores de calibração com densidades diferentes, preparados com nove tubos de PVC em seu interior. O detector de HPGe utilizado foi posicionado em três diferentes distâncias em relação a extremidade do tambor de calibração. A utilização do método de Monte Carlo mostrou-se adequado a metodologia proposta neste trabalho. / Radioactive wastes are generated at all stages of the nuclear fuel cycle and institutions that make use of radioactive elements. In Brazil, so that they can meet the current legislation, they must be properly managed and treated. The characterization is the stage of radioactive waste management that certifies and complements the information in the identification document provided by the radioactive waste generator. The aim of this study was to develop a methodology for characterization of radioactive waste drums. In this work we used the gamma spectrometry technique associated with the Monte Carlo method to obtain and establish a relationship between the efficiencies of theoretical and experimental scores for four calibration drums with different densities prepared with nine PVC tubes inside. The HPGe detector used was positioned at three different distances from the end of the calibration drum. Using the Monte Carlo method was appropriate to the methodology proposed in this work.

The purpose of this research is to determine the feasibility of introducing the Monte Carlo (MC) dose calculation algorithm into the clinical practice. Unlike the Ray Tracing (RT) algorithm, the MC algorithm is not affected by the tissue inhomogeneities, which are significant inside the chest cavity. A retrospective study was completed for 102 plans calculated using both the RT and MC algorithms. The D95 of the PTV was 26% lower for the MC calculation. The first parameter of conformality, as defined as the ratio of the Prescription Isodose Volume to the PTV Volume was on average 1.27 for RT and 0.67 for MC. The results confirm that the RT algorithm significantly overestimates the dosages delivered confirming previous analyses. Correlations indicate that these overestimates are largest for small PTV and/or when the ratio of the volume of lung tissue to the PTV approaches 1. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2014. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

The purpose of this thesis is to validate the Monte Carlo algorithm for electron radiotherapy in the Eclipse™ treatment planning system (TPS), and to compare the accuracy of the Electron Monte Carlo algorithm (eMC) to the Pencil Beam algorithm (PB) in Eclipse™. Dose distributions from GafChromic™ EBT3 film measurements were compared to dose distributions from eMC and PB treatment plans. Measurements were obtained with 6MeV, 9MeV, and 12MeV electron beams at various depths. A 1 cm thick solid water template with holes for bone-like and lung-like plugs was used to create assorted configurations and heterogeneities. Dose distributions from eMC plans agreed better with the film measurements based on gamma analysis. Gamma values for eMC were between 83%-99%, whereas gamma values for PB treatment plans were as low as 38.66%. Our results show that using the eMC algorithm will improve dose accuracy in regions with heterogeneities and should be considered over PB. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2014. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

No tratamento do câncer de próstata, há um crescente interesse na técnica do implante permanente de sementes, na qual as sementes radioativas são inseridas na próstata do paciente permitindo a entrega de doses elevadas e preservação dos órgãos de risco vizinhos. Estas sementes são normalmente feitas utilizando-se um de três radioisótopos: 125I, 103Pd e 131Cs. Devido à disponibilidade e por razões clínicas, as mais utilizadas são as sementes de iodo e, nos últimos anos, sementes com geometria interna e materiais diferentes estão sendo estudadas, a fim de melhorar suas características dosimétricas. Atualmente, no Brasil, implantes permanentes com sementes de 125I são realizados por algumas instituições médicas, principalmente por instituições privadas. As sementes são importadas com preços elevados, o que dificulta seu uso em hospitais públicos. Portanto, a fim de reduzir o custo financeiro dessa modalidade de tratamento e para melhorar as características dosimétricas das sementes existentes, é de grande importância ter uma tecnologia nacional. Uma matriz cerâmica que pode ser usada como portadora dos radioisótopos e marcadora radiográfica foi desenvolvida no Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN/CNEN). Essa matriz cerâmica se distingue por sua capacidade de ter o material radioativo uniformemente distribuído, além de ser capaz de incorporar outros radioisótopos além do 125I. Neste trabalho foram calculadas as distribuições de dose de modelos de semente de 125I com matriz cerâmica e diferentes encapsulamentos (modelos em desenvolvimento no CDTN). As distribuições de dose foram calculadas conforme o protocolo TG-43U1 da Associação Americana de Físicos Médicos. As características dosimétricas dos modelos de semente do CDTN, demonstradas neste estudo, indicam que seu uso é viável. Elas possuem como principal característica uma maior e mais isotrópica deposição de dose próximo às extremidades da fonte. Suas características sugerem que um número menor de sementes seria necessário para alcançar um determinado valor de dose no volume a ser tratado ou então que iodo de menor atividade radioativa possa ser utilizado. Em ambos os casos, o custo do tratamento poderia ser reduzido. / In the prostate cancer treatment, there is an increasing interest in the permanent radioactive seeds implant technique, where radioactive seeds are inserted into the patients prostate, allowing the delivery of high doses and preserving nearby organs at risk. These seeds are usually made using 1 of 3 radioisotopes: 125I, 103Pd and 131Cs. Due to availability and clinical reasons, the most used are the iodine seeds and, in recent years, seeds with different internal geometry and materials are being studied, in order to improve the dosimetric characteristics of the sources. Currently, in Brazil, permanent implants with 125I seeds are performed by a few medical institutions, mostly private ones. The seeds are imported with high prices, which prohibits their use in public hospitals. Therefore, in order to reduce the financial cost of this treatment modality and to improve the dosimetric characteristics of the existing seeds, it is of great importance to have a national technology. A ceramic matrix that can be used as a radioisotope carrier and radiographic marker was developed at CDTN/CNEN. The ceramic matrix is distinguished by its ability to have the radioactive material evenly distributed besides being able to incorporate radioisotopes other than 125I. In this work we calculate the dose distribution of 125I seed models with ceramic matrix and different encapsulation (CDTNs seed models under development). The dose distributions were calculated according to the TG-43U1 protocol of the American Association of Physicists in Medicine. The dosimetric characteristics of the CDTNs seed models, demonstrated in this study, indicate that their use is feasible. They have as main feature a larger and more isotropic dose deposition near the ends of the source. Their characteristics suggest that a smaller number of seeds would be needed to achieve a particular dose value at the volume to be treated or that iodine with lower activity may be used. In both cases, the cost of treatment would be reduced.

Orientador: Jose Roberto de França Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-09-11T21:08:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Albuquerque_ElsonLimade_M.pdf: 5441408 bytes, checksum: a2117bd817e2c8a2d88bf1324af63fd6 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho de mestrado são investigadas as limitações do método dos elementos finitos na análise dinâmica de painéis reforçados. O painel foi modelado usando diferentes tipos de malha, mostrando que, dependendo do tamanho do elemento (ou número de graus de liberdade) usado na modelagem, o modelo não representa de uma maneira adequada a estrutura real. Para validar o modelo experimentalmente, foi construído um painel reforçado de alumínio e, através de métodos experimentais, foi feita uma análise modal. Os limites da modelagem pelo método dos elementos finitos, no que diz respeito às médias freqüências foram testados e comparados com resultados experimentais. Com a finalidade de reduzir o custo computacional, foi realizada uma comparação entre o método de elementos finitos e o método de elementos espectrais. Devido às incertezas de alguns parâmetros de entrada dos modelos, foram consideradas variações estatísticas em alguns parâmetros usando o Método de Monte Carlo e o Método da Superfície de Resposta. Os resultados mostraram que a partir de uma certa freqüência o método dos elementos finitos torna-se inviável devido ao alto custo computacional e que em altas freqüências o modelo dinâmico é sensível a pequenas variações nos parâmetros de entrada / Abstract: In this master's thesis work, finite element method limitations are investigated in the dynamic analysis of reinforced panels. The panel was modelled using different meshes in order to show that, depending on the element length (or the number of degree of freedom) used in the model, the model does not properly stand for the real structure. In order to assess experimentally the model, an aluminum reinforced panel was built and, through experimental methods, a modal analysis was carried out. The finite element modelling limits were tested and compared to experimental results regarding mid-frequencies. A comparison between finite element and spectral element methods was carried out for computational cost reduction purposes. Due to uncertainties of some model input parameters, a statistical variation was performed using Monte Carlo and Surface Response methods. Results have shown that, at high frequencies the finite element method is not appropriete for dynamic analysis due to high computational costs in high frequency and it is highly sensitive to small variations ofthe input parameters / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Estudamos o modelo predador-presa estocástico definido em uma rede com interações entre os primeiros vizinhos, cada sítio podendo assumir três estados: vazio, ocupado por presa e ocupado por predador. Introduzimos ainda um parâmetro que controla a possibilidade de difuãao dos estados, a difusão é permitida entre quaisquer estados. O modelo exibe uma fase oscilante, uma fase não-oscilante e uma fase absorvente. As duas primeiras fases possibilitam a coexistência entre as espécies biológicas enquanto na fase absorvente a rede é totalmente preenchida por presas e o sistema fica preso nessa configuração. Determinamos a linha de transição da fase não-oscilante para a fase absorvente por meio de simulações dependentes do tempo. Também, determinamos a linha de transição da fase oscilante para a fase não-oscilante através da análise das funções de autocorrelação das séries temporais de presas e predadores. Além disso, estudamos o modelo por meio de aproximações de campo médio dinâmico. Concluímos que a inclusão da difusão no modelo predador-presa leva a uma maior região de coexistência das espécies no diagrama de fases. Nossos resultados sugerem que o componente difusivo é irrevelevante quanto ao comportamento crítico, pois ele não exclui o modelo da classe de universalidade da percolação direcionada. / We have studied the predator-prey stochastic model defined on a lattice with first neighbour interactions. Each site of the lattice may assume one of three states: vacant, occupied by prey and occupied by predator. We have introduced a parameter that controls the possibility of difusion among sites. The model shows an oscilating phase, a non-oscilating phase and an absorbing phase. In the first two phases the system exhibits coexistence of biological species while in the absorbing phase the lattice is filled with prey and the system becomes trapped. We have determined the transition line between the non-oscilating and absorbing phases using time-dependent simulations. We have also determined the transition lines between oscilating and non-oscilating phases using time-autocorrelation functions of the prey time-series. In addition, we have studied the model by means of dynamical mean-field aproximations. We conclude that the introduction of diffusion in the predator-prey model leads to a larger region of coexistence in the phase diagram. Our results suggest that difusion is irrelevant for the critical behavior since it does not change the universatility class of the model.

Apresentamos dois autômatos celulares com regras de interação locais que permitem descrever a dinâmica de população de um sistema predador-presa. Os modelos são definidos sobre uma rede regular quadrada e se diferenciam pelo caráter isotrópico ou anisotrópico da interação entre os sítios. A cada sítio é associada uma variável estocástica, que pode assumir três estados - vazio, presa ou predador. A dinâmica de competição entre espécies animais que nos interessa é a mesma descrita pelo modelo de Lotka-Volterra no qual as populações de presas e predadores oscilam temporalmente. Nosso objetivo é a análise dessas oscilações, como se comportam com o aumento da rede e se permanecem estáveis. Para a obtenção das séries temporais realizamos simulações de Monte Carlo. Para o autômato definido sobre o espaço isotrópico, também realizamos análise de campo médio dinâmico. Os resultados indicam que a oscilação é um efeito local (não sobrevive em sistemas infinitos), e é mais significativo devido à migração das espécies pelos subsistemas. O estudo da anisotropia revela alguns padrões espaciais organizados e que as oscilações são menos intensas do que no caso isotrópico e como consequência a fase ativa é mais abrangente. / We present two cellular automata with local interaction rules which allow us to describe the dynamical population of a predator-prey system. The models are defined on a regular square lattice and are distinguished by the isotropic or anisotropic character of the interaction between sites. To each site a stochastic variable is associated, which can assume three states- void, prey or predator. The competition dynamics between animal species which interest us is the same described by the Lotka-Volterra model in which the populations of preys and predators oscillate in time. Our aim is the analysis of these oscillations, how they behave with an increasing lattice and if they remain stable. In order to obtain temporal series we perform Monte Carlo simulations. For the automaton defined on isotropic space, dynamical mean field analysis was also performed. Results indicate that the oscillation is a local effect ( vanishing in infinite systems), and is more significant due to migration of species through the subsystems. The study of anisotropy reveals some organized spatial patterns and that oscillations are less intense than in the isotropic case and as a consequence the active phase is more comprehensive.

This thesis addresses some practical issues that are similar to what a risk manager would be facing. To protect portfolio against unexpected turbulent drop, risk managers might use options to hedge the portfolio. Since the price of an option is not a linear function of the price of the underlying security or index, consequently option hedged portfolio's value is a not linear combination of the market prices of the underlying securities. Three Value-at-Risk (VaR) models, traditional estimate based Monte Carlo model, GARCH based Monte Carlo model, and resampling model, are developed to estimate risk of non-linear portfolios. The results from the models by setting different levels of hedging strategies are useful to evaluate and compare these strategies, and therefore may assist risk managers in making practical decisions in risk management.