At the Forschungszentrum Rossendorf the build-up of the superconducting 1.3 GHz accelerator ELBE is still in progress. Furthermore a new sc photo injector (SRF gun) is under development, which should accelerate electrons up to 10 MeV at 1.3 GHz frequency. The use of electron accelerators is also more and more interesting for applications where the destructive potential of the electrons are used like sterilization of medical waste and medical products, food irradiation or decontamination of sewage. For these processes a high power is required to achieve a high product throughput in a plant. The aim is therefore to use beam powers of around 100 kW or more. Since the applications of electron accelerators in industrial environments are steadily increasing one can speculate about transferring the above named state of the arte technology to industrial electron accelerators. At the FZR a feasibility study of such a table top electron accelerator (TTE) has been performed to investigate its technical limits and marketabilitys.

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[pt] Este trabalho teve como objetivo caracterizar química e morfologicamente material particulado (PM2.5 e PM10) coletado na zona sul e oeste da cidade de Rio de Janeiro e na região metropolitana, utilizando técnicas como a Cromatografia de íons (CI), Espectrometria de Massas com Plasma Indutivamente Acoplado (ICPMS) e a Microscopia Eletrônica de Varredura acoplada ao Espectrômetro de RaiosX por Dispersão de Energia (MEV-EDX). Além disso, foram realizados ensaios toxicológicos com C. elegans para avaliar os efeitos da exposição ao material particulado (MP), nas diferentes frações de tamanho. Concentrações médias anuais de PM2.5 entre 7,40 +/- 3,96 (micrograma)m-3 e 17,4 +/- 7,38 (micrograma) m-3 foram medidas durante os anos 2015 e 2018, as quais foram inferiores ao padrão intermediário da qualidade do ar, estabelecido pelo CONAMA, registando-se as maiores médias anuais durante o 2016, ano em que foram realizados os Jogos Olímpicos. Resultados das análises químicas mostraram que o MP em todos os pontos de coleta estava constituído principalmente por espécies iônicas como Cl- , NO3 - , Na+ e SO4 2- e elementos como V, Ni, Cu, Cd, Sn e Pb, sendo determinadas apenas variações significativa (p menor que 0,05) nas concentrações de SO4 2- , NO3 - , Na+ , Cu e Sn, entre os períodos estudados. Através dos resultados das análises de MEV-EDX as partículas atmosféricas se classificaram segundo sua morfologia – Fuligem, esféricas, biológica e minerais- e segundo sua composição elementar – partículas com teor de enxofre, de cloro e de ferro -. Finalmente, efeitos tóxicos foram observados pela exposição ao PM10 e PM2.5 em organismos C. elegans, alterando parâmetros fisiológicos (e.g. crescimento e reprodução) e promovendo respostas dos mecanismos antioxidantes, como resultado do estresse oxidativo gerado por espécies presentes no MP. / [en] This work aimed to characterize chemically and morphologically particulate matter (PM2.5 and PM10) collected in the south and west zones of the city of Rio de Janeiro and in the metropolitan region, using techniques such as ion chromatography (IC), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and Scanning electron microscopy- energy dispersive spectrometry (SEM-EDX). Annual mean concentrations of PM2.5 between 7,40 +/- 3,96 microgram m-3 e 17,4 +/- 7,38 microgram m-3 were measured during the years 2015 and 2018, which were lower than the intermediateair quality standard established by CONAMA, with the highest annual averages recorded during 2016, the year in which the Olympic Games were held. In addition, toxicological tests were performed with C. elegans to evaluate the effects of exposure to particulate matter (PM) in the different size fractions. Results of the chemical analysis showed that PM at all collection sites consists mainly of ionic species such Cl- , NO3 - , Na+ and SO4 2- and elements such as V, Ni, Cu, Cd, Sn and Pb, being determined only significant variations (p less than 0,05) in the concentrations of SO4 2- , NO3 - , Na+ , Cu, and Sn, between the studied periods. Based on the results of the SEM-EDX analysis, atmospheric particles were classified according to their morphology – Soot, spherical, biological and minerals- and according to their elemental composition – particles with sulfur, chlorine and iron content. Finally, toxic effects were observed by exposure C. elegans organisms to PM10 and PM2.5, altering physiological parameters (e.g growth and reproduction) and promoting antioxidant mechanisms responses, as a result of oxidative stress generated by compounds present in the PM.

O chumbo é um metal muito tóxico e que tem ampla distribuição pela sua grande utilidade. Mesmo a exposição a baixos níveis (que não causam sintomas de intoxicação aguda) de chumbo é associada a desordens cognitivas e neurológicas. O osso é considerado o melhor marcador de exposição a chumbo. No tecido ósseo, vários elementos estão presentes, e alguns deles poderiam ter sua concentração modificada pela exposição a chumbo. Testou-se a hipótese de que haja variações nos elementos Zn e Mg nas tíbias de animais expostos a chumbo (por técnica de química analítica convencional). Testou-se também se variações em microelementos poderiam ser detectadas por técnicas semiquantitativas nas tíbias de controles e animais expostos a chumbo. O objetivo deste projeto foi caracterizar em animais expostos ao chumbo desde a gestação e controles as concentrações deste elemento no osso (tíbia) de animais de 28 e 60 dias. Além do chumbo, investigamos também a concentração de 2 outros microelementos no osso: zinco e magnésio. As medidas quantitativas de chumbo foram feitas no sangue total coletado ao final dos períodos. As medidas quantitativas de chumbo, cálcio, zinco e magnésio foram realizadas a partir de soluções ácidas obtidas pela dissolução total do osso, sendo estas utilizadas para quantificar por Espectrometria de Absorção Atômica no modo chama ou com Forno e Grafite. Mandíbulas foram análisadas em Microscopia Eletrônica de Varredura e utilizando os acessórios Eletron Dispersive Spectroscopy para os elementos mais abundantes e Wavelenght dispersive Spectroscopy para investigar por análise semiquantitativa os mais abundantes elementos inorgânicos no osso destes animais, como forma de verificar se há variações nestes microelementos nos animais expostos a chumbo em comparação com controles. Como o chumbo se concentra na superfície do esmalte, também analisou-se o esmalte de primeiros molares inferiores, a fim de verificar se era visto o sinal do elemento chumbo nestes dentes. Foram usados ratos Wistar machos de 28 e 60 dias divididos em 2 grupos: C 28D (n=5) e Pb 28D (n=5) e, C 60D (n=12) e Pb 60D (n=17). Em todas as medidas de chumbo dos grupos controle as concentrações obtidas foram próximas ao limite de detecção, e houve sempre diferença estatisticamente significante (P<0.0001) quando os controles foram comparados aos grupos expostos a chumbo. As concentrações de chumbo obtidas no sangue de animais do grupo Pb 28D foi de 8,0 ug/dl (± 1.1) e no grupo Pb 60D foi de 7,2 ug/dl (± 0.89). Houve diferença estatisticamente significante entre as massas das tíbias (aferidas em balança e também a partir da quantidade de cálcio dissolvida em solução) do grupo C 60D (0,86 g ± 0,13) e Pb 60D (0,61 g ±0,11)(p=0.0004). As concentrações de chumbo detectadas nos ossos do grupo Pb 28D foi 8,02 (± 1,12) e no grupo Pb 60D foi de 43,3ug/g (± 13,26). Concentração de zinco no osso do grupo C 60D foi 0,22 mg/g e no grupo Pb 60D foi 0,22 mg/g (p>0.05). A concentração de magnésio no osso do grupo C 60D foi de 4,89 mg/g ± 0,74 e no grupo Pb 60D foi de 4,98mg/g ±0,79 (p>0.05). Os microelementos mais abundantes detectados nas tíbias contralaterais por Microscopia Eletrônica de varredura por EDS/WDS foram cálcio, fósforo, carbono, oxigênio, magnésio, sódio e potássio, não tendo sido detectadas variações nestes elementos entre os grupos controle e expostos a chumbo de 60 dias. O chumbo foi detectado apenas na região cervical dos dentes molares por MEV-EDS, e, nesta posição, apenas na forma de óxido de chumbo (deposição extrínseca) que pode ser útil para fins forenses ou de determinação de contaminação desconhecida. As conclusões deste estudo são: Houve diferença estatisticamente significante entre as massas de osso do grupo Pb 60D e C 60D. Mesmo não havendo diferença entre as concentrações de chumbo no sangue total de animais de 28 e 60 dias, houve quantidade de chumbo 5 vezes maior nos animais Pb 60D. Não houve diferenças nas concentrações de zinco e magnésio entre controles e animais expostos a chumbo. Os microelementos mais abundantes detectados nas tibias contralaterais por Microscopia Eletrônica de varredura por EDS/WDS foram cálcio, fósforo, carbono, oxigênio, magnésio, sódio e potássio, não tendo sido detectadas variações semi-quantitativas nestes elementos. O chumbo não foi detectado nem nos grupos controle ou expostos por MEV, e nos molares só foi detectada no grupo exposto como uma deposição extrínseca. / Lead is a highly toxic metal that is ubiquitous do to its great usefulness. Exposure to even low levels of lead (which do not cause symptoms of acute poisoning) is associated with cognitive and neurological disorders. Bone is considered the best marker of exposure to lead. Several chemical elements are found in bone, and some of them may have a different concentration or distribution due to exposure to lead. We tested the hypothesis that there are variations in the elements zinc and magnesium in the tibia of animals exposed to lead (being those elements determined by a conventional analytic chemistry technique). It was also tested whether variations in microelements could be detected by semiquantitative microanalysis in tibias of controls and animals exposed to lead. The objective of this project was to determine the concentration of lead in bone (tibia) of animals exposed to lead from pregnancy to day 28 and day 60. Besides lead, zinc and magnesium were also determined. Lead was also determined in whole blood collected at the end of the 2 time points. Quantitative measurements of lead, calcium, zinc and magnesium have been made in solutions obtained by dissolution of the bone by Atomic Absorption Spectrometry using flame or Graphite Furnace. Tibias were analyzed by scanning electron microscopy using the accessories Electron Dispersive Spectroscopy and Wavelength dispersive Spectroscopy for semiquantitative analysis of inorganic elements in the bone and molars of these animals. Lower molars were also analyzed by these means. Male Wistar rats aged 28 and 60 days were used in these study. In both these ages there were animals in the control (C 28D, n = 5 and C 60D, n=12) and lead exposed group (Pb 28D, n = 5 and Pb 60D, n = 17). Lead concentrations found in control groups were close to the detection limit, and there was always statistically significant differences (P <0.0001) when control groups were compared with those exposed to lead. Blood lead of groups Pb 28D and Pb 60D was 8.0 ug/dl (± 1.1) and 7.2 ug/dl (± 0.89), respectively. There was a statistically significant difference between the masses of the tibia (measured in balance and also from the amount of calcium dissolved in solution): C 60D showing 0.86 g (± 0.13 g) and 0.61 g (± 0, 11) of the Pb 60D group (p = 0.0004). Lead concentrations increased five times when the Pb 28D group was compared with the Pb 60D (8.02 and 43.3 ug/g)(p<0.0001). Zinc concentrations were not different in the C 60D (0.22 mg/g) and in the Pb 60D group (0.22 mg/g)(p>0.05). Magnesium concentrations were 4.89 mg/g in the C 60D and 4.98 mg/g in the Pb 60D (p>0.05). The most abundant trace elements detected in the contralateral tibiae by SEM-EDS/WDS were calcium, phosphorus, carbon, oxygen, magnesium, sodium and potassium and no variations in these elements were detected between the control and lead exposed groups. Lead was detected only in the cervical region of molar teeth of the lead exposed groups by SEM-EDS. This finding revealed lead in the lead oxide (extrinsic deposition) which may be useful for forensic purposes or for determining unknown contaminations. Conclusions: There was a statistically significant difference between the bone masses of the Pb 60D and C 60D groups. While there is no difference between lead concentrations in whole blood of animals 28 and 60 days, the amount of lead was 5 times higher in animals Pb 60D. There were no differences in the concentrations of zinc and magnesium between controls and lead exposed animals. The most abundant trace elements detected in the contralateral tibiae by SEM-EDS/WDS were calcium, phosphorus, carbon, oxygen, magnesium, sodium and potassium, and no semi-quantitative variations in these elements were detected in relation to exposure to lead. Lead was not detected either in control or exposed groups by SEM, and in molars it was only detected in the exposed group as an extrinsic deposition.

O chumbo é um metal muito tóxico e que tem ampla distribuição pela sua grande utilidade. Mesmo a exposição a baixos níveis (que não causam sintomas de intoxicação aguda) de chumbo é associada a desordens cognitivas e neurológicas. O osso é considerado o melhor marcador de exposição a chumbo. No tecido ósseo, vários elementos estão presentes, e alguns deles poderiam ter sua concentração modificada pela exposição a chumbo. Testou-se a hipótese de que haja variações nos elementos Zn e Mg nas tíbias de animais expostos a chumbo (por técnica de química analítica convencional). Testou-se também se variações em microelementos poderiam ser detectadas por técnicas semiquantitativas nas tíbias de controles e animais expostos a chumbo. O objetivo deste projeto foi caracterizar em animais expostos ao chumbo desde a gestação e controles as concentrações deste elemento no osso (tíbia) de animais de 28 e 60 dias. Além do chumbo, investigamos também a concentração de 2 outros microelementos no osso: zinco e magnésio. As medidas quantitativas de chumbo foram feitas no sangue total coletado ao final dos períodos. As medidas quantitativas de chumbo, cálcio, zinco e magnésio foram realizadas a partir de soluções ácidas obtidas pela dissolução total do osso, sendo estas utilizadas para quantificar por Espectrometria de Absorção Atômica no modo chama ou com Forno e Grafite. Mandíbulas foram análisadas em Microscopia Eletrônica de Varredura e utilizando os acessórios Eletron Dispersive Spectroscopy para os elementos mais abundantes e Wavelenght dispersive Spectroscopy para investigar por análise semiquantitativa os mais abundantes elementos inorgânicos no osso destes animais, como forma de verificar se há variações nestes microelementos nos animais expostos a chumbo em comparação com controles. Como o chumbo se concentra na superfície do esmalte, também analisou-se o esmalte de primeiros molares inferiores, a fim de verificar se era visto o sinal do elemento chumbo nestes dentes. Foram usados ratos Wistar machos de 28 e 60 dias divididos em 2 grupos: C 28D (n=5) e Pb 28D (n=5) e, C 60D (n=12) e Pb 60D (n=17). Em todas as medidas de chumbo dos grupos controle as concentrações obtidas foram próximas ao limite de detecção, e houve sempre diferença estatisticamente significante (P<0.0001) quando os controles foram comparados aos grupos expostos a chumbo. As concentrações de chumbo obtidas no sangue de animais do grupo Pb 28D foi de 8,0 ug/dl (± 1.1) e no grupo Pb 60D foi de 7,2 ug/dl (± 0.89). Houve diferença estatisticamente significante entre as massas das tíbias (aferidas em balança e também a partir da quantidade de cálcio dissolvida em solução) do grupo C 60D (0,86 g ± 0,13) e Pb 60D (0,61 g ±0,11)(p=0.0004). As concentrações de chumbo detectadas nos ossos do grupo Pb 28D foi 8,02 (± 1,12) e no grupo Pb 60D foi de 43,3ug/g (± 13,26). Concentração de zinco no osso do grupo C 60D foi 0,22 mg/g e no grupo Pb 60D foi 0,22 mg/g (p>0.05). A concentração de magnésio no osso do grupo C 60D foi de 4,89 mg/g ± 0,74 e no grupo Pb 60D foi de 4,98mg/g ±0,79 (p>0.05). Os microelementos mais abundantes detectados nas tíbias contralaterais por Microscopia Eletrônica de varredura por EDS/WDS foram cálcio, fósforo, carbono, oxigênio, magnésio, sódio e potássio, não tendo sido detectadas variações nestes elementos entre os grupos controle e expostos a chumbo de 60 dias. O chumbo foi detectado apenas na região cervical dos dentes molares por MEV-EDS, e, nesta posição, apenas na forma de óxido de chumbo (deposição extrínseca) que pode ser útil para fins forenses ou de determinação de contaminação desconhecida. As conclusões deste estudo são: Houve diferença estatisticamente significante entre as massas de osso do grupo Pb 60D e C 60D. Mesmo não havendo diferença entre as concentrações de chumbo no sangue total de animais de 28 e 60 dias, houve quantidade de chumbo 5 vezes maior nos animais Pb 60D. Não houve diferenças nas concentrações de zinco e magnésio entre controles e animais expostos a chumbo. Os microelementos mais abundantes detectados nas tibias contralaterais por Microscopia Eletrônica de varredura por EDS/WDS foram cálcio, fósforo, carbono, oxigênio, magnésio, sódio e potássio, não tendo sido detectadas variações semi-quantitativas nestes elementos. O chumbo não foi detectado nem nos grupos controle ou expostos por MEV, e nos molares só foi detectada no grupo exposto como uma deposição extrínseca. / Lead is a highly toxic metal that is ubiquitous do to its great usefulness. Exposure to even low levels of lead (which do not cause symptoms of acute poisoning) is associated with cognitive and neurological disorders. Bone is considered the best marker of exposure to lead. Several chemical elements are found in bone, and some of them may have a different concentration or distribution due to exposure to lead. We tested the hypothesis that there are variations in the elements zinc and magnesium in the tibia of animals exposed to lead (being those elements determined by a conventional analytic chemistry technique). It was also tested whether variations in microelements could be detected by semiquantitative microanalysis in tibias of controls and animals exposed to lead. The objective of this project was to determine the concentration of lead in bone (tibia) of animals exposed to lead from pregnancy to day 28 and day 60. Besides lead, zinc and magnesium were also determined. Lead was also determined in whole blood collected at the end of the 2 time points. Quantitative measurements of lead, calcium, zinc and magnesium have been made in solutions obtained by dissolution of the bone by Atomic Absorption Spectrometry using flame or Graphite Furnace. Tibias were analyzed by scanning electron microscopy using the accessories Electron Dispersive Spectroscopy and Wavelength dispersive Spectroscopy for semiquantitative analysis of inorganic elements in the bone and molars of these animals. Lower molars were also analyzed by these means. Male Wistar rats aged 28 and 60 days were used in these study. In both these ages there were animals in the control (C 28D, n = 5 and C 60D, n=12) and lead exposed group (Pb 28D, n = 5 and Pb 60D, n = 17). Lead concentrations found in control groups were close to the detection limit, and there was always statistically significant differences (P <0.0001) when control groups were compared with those exposed to lead. Blood lead of groups Pb 28D and Pb 60D was 8.0 ug/dl (± 1.1) and 7.2 ug/dl (± 0.89), respectively. There was a statistically significant difference between the masses of the tibia (measured in balance and also from the amount of calcium dissolved in solution): C 60D showing 0.86 g (± 0.13 g) and 0.61 g (± 0, 11) of the Pb 60D group (p = 0.0004). Lead concentrations increased five times when the Pb 28D group was compared with the Pb 60D (8.02 and 43.3 ug/g)(p<0.0001). Zinc concentrations were not different in the C 60D (0.22 mg/g) and in the Pb 60D group (0.22 mg/g)(p>0.05). Magnesium concentrations were 4.89 mg/g in the C 60D and 4.98 mg/g in the Pb 60D (p>0.05). The most abundant trace elements detected in the contralateral tibiae by SEM-EDS/WDS were calcium, phosphorus, carbon, oxygen, magnesium, sodium and potassium and no variations in these elements were detected between the control and lead exposed groups. Lead was detected only in the cervical region of molar teeth of the lead exposed groups by SEM-EDS. This finding revealed lead in the lead oxide (extrinsic deposition) which may be useful for forensic purposes or for determining unknown contaminations. Conclusions: There was a statistically significant difference between the bone masses of the Pb 60D and C 60D groups. While there is no difference between lead concentrations in whole blood of animals 28 and 60 days, the amount of lead was 5 times higher in animals Pb 60D. There were no differences in the concentrations of zinc and magnesium between controls and lead exposed animals. The most abundant trace elements detected in the contralateral tibiae by SEM-EDS/WDS were calcium, phosphorus, carbon, oxygen, magnesium, sodium and potassium, and no semi-quantitative variations in these elements were detected in relation to exposure to lead. Lead was not detected either in control or exposed groups by SEM, and in molars it was only detected in the exposed group as an extrinsic deposition.