Ionizing radiation has a harmful potential to humans, so the protection of workers and public individuals is fundamental for the safe use of radiation in different practical purpose. Therefore, is necessary to set exposure limits to radiation using dosimetric quantities such as equivalent dose and effective dose. However equivalent and effective dose are not directly measured, so it is necessary calculate conversion coefficients (CCs) which relates this quantities with measured quantities such as particles fluence. In the literature exposure scenarios are, in general, built with simulator in the standing posture, but exposure of individuals to radiation can occur in other posture, so the aim of this work is calculate and compare the absorbed dose-to-fluence conversion coefficients (DT/ ) and effective dose-to-fluence conversion coefficients (E/ ) for the female hybrid simulator (UFHADF) in the standing and sitting posture and for the male hybrid simulator (UFHADM) in the standing posture using the Monte Carlo code MCNPX for monoenergetic protons from 2 MeV to 10 GeV and in the antero posterior (AP), postero anterior (PA), right lateral (RLAT), left lateral (LLAT), rotational (ROT) and isotropic (ISO) exposure scenarios. Comparing the CCs between standing and sitting posture of UFHADF simulator, it was observed that in the AP and PA irradiation geometry the relative differences in the head, chest and the superior abdomen organs were not relevant. However in the others irradiation geometries, for some organs in the abdomen and chest region differences in CCs were observed. The organs that presented more differences in CCs were uterus (538 % in RLAT geometry), bladder (80 % in ROT geometry) and ovaries (2861 % in LLAT geometry) since this organs are located in the lower abdominal region, in which the position of legs and arms are different between standing and sitting posture. Calculate the DT/ e E/ nconversion coefficients using simulator in the sitting posture is important to estimate more precisely the dose in individuals exposed to radiation in actual scenarios. / As radiacoes ionizantes tem um potencial danoso aos seres humanos e, por isso, a protecao de trabalhadores e de individuos do publico e essencial para o uso seguro das mesmas nos diversos fins praticos. Desta forma, e necessario estabelecer limites de exposicao com relacao a estes tipos de radiacao e, para tanto, sao utilizadas grandezas dosimetricas como a dose equivalente e a dose efetiva. Como a dose equivalente e a dose efetiva nao sao medidas diretamente faz-se necessario o calculo de coeficientes de conversao (CCs) em ambito computacional, pois eles relacionam estas grandezas com grandezas mensuraveis, como a fluencia de particulas. Como na literatura os cenarios de exposicao sao, em geral, construidos com simuladores implementados na postura vertical e nem sempre a exposicao de individuos a radiacao ocorre nessa postura, esse trabalho tem como finalidade, utilizar o codigo de transporte de radiacao Monte Carlo MCNPX e o simulador antropomorfico adulto feminino UFHADF nas posturas vertical e sentada e o simulador masculino UFHADM na postura vertical para obter e comparar os coeficientes de conversao para dose absorvida (DT) e dose efetiva (E) em termos da fluencia (X) (DT/X e E/X) para protons monoenergeticos de 2 MeV ate 10 GeV, para os cenarios de irradiacao antero-posterior (AP), postero-anterior (PA), lateral direito (RLAT), lateral esquerdo (LLAT), rotacional (ROT) e isotropico (ISO). Na comparacao dos CCs entre o simulador UFHADF nas posturas vertical e sentada, foi observado que a diferenca relativa entre os CCs nos orgaos da regiao da cabeca, do torax e do abdomen superior nao foram relevantes nas geometrias de irradiacao AP e PA. Ja nas demais geometrias de irradiacao, para alguns orgaos da regiao do abdomen e torax diferencas nos CCs foram observadas. Os orgaos que mais apresentaram diferencas nos CCs foram o utero (538 % na geometria RLAT), a bexiga (80 % na geometria ROT) e os ovarios (2861 % na geometria LLAT) que se localizam na regiao abdominal inferior, regiao onde ha a diferenca na posicao das pernas e bracos do simulador. Assim, o calculo dos coeficientes de conversao DT/ e E/ utilizando simuladores antropomorficos na postura sentada e importante para uma estimativa mais precisa da dose em individuos submetidos a cenarios reais de exposicao a radiacao.

Orientador: Laercio Carvalho de Barros. / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica. / Made available in DSpace on 2018-08-12T00:22:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Missio_Maristela_D.pdf: 2748963 bytes, checksum: f8fcd60a906d00c35ee8f90f26919908 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A febre aftosa é uma patologia viral, infecto-contagiosa, caracterizada por um cenário repleto de incertezas que lhe são inerentes, resultantes da influência de fatores socioeconômicos e ambientais relacionados ao processo de transmissão, que pode ocorrer por via direta e indireta. Em epidemiologia, grande parte das incertezas são tratadas ou pela Teoria das Probabilidades ou pela Teoria de Conjuntos Fuzzy, a depender da natureza, seja ela oriunda da aleatoriedade ou de verdade parcial. O uso integrado de modelos clássicos, particularmente as Equações Diferenciais Parciais (EDP), modelos fuzzy e probabilísticos no tratamento das duas classes de incertezas ainda é muito incipiente. Com a intenção de contribuir para o aumento dos estudos nessa área, propõe-se um modelo integrado, envolvendo EDP, lógica fuzzy e métodos probabilísticos, a fim de estudar a dinâmica espacial e temporal de fenômenos epidemiológicos, cujas incertezas são importantes para sua evolução. Para tanto, tomou-se como objeto de estudo a febre aftosa em bovinos e elaborou-se um modelo SIR envolvendo EDP para estudar sua evolução espaço-temporal com parâmetros de difusão e transmissão incertos. Esses foram estimados fazendo-se uso de Sistemas Baseados em Regras Fuzzy (SBRF). As variáveis lingüísticas utilizadas nos SBRF apresentaram incertezas de natureza aleatória, as quais foram tratadas por modelos estocásticos. Na implementação computacional, fez-se o acoplamento dos métodos de elementos finitos para a discretização espacial, e Cranck-Nicolson para a temporal, toolbox fuzzy para os modelos fuzzy e Monte Carlo para os modelos estocásticos, todos em um mesmo algoritmo, construído nos ambientes Matlab e Fortran. / Abstract: The foot-and-mouth disease is a viral, infectum contagious pathology, characterized for a scene full of inherent uncertainties, resultants of the influence of social, economic and environmental factors related to the transmission process, that can occur for direct and indirect means. In Epidemiology, great part of the uncertainties are treated either by the Theory of Probabilities or by Fuzzy Logic Theory, depending on the nature, in accordance with the type of uncertainty which can be either deriving of the randomness or coming from the subjectivity. The integrated use of models involving Partial Differential Equations (PDE), Fuzzy Theory and Probabilistic in the treatment of the two categories of uncertainties, simultaneously, is still very incipient. Aiming to contribute to the growth of existing studies in this area, we propose an integrated model, involving PDE Models, Fuzzy Models and Stochastic Models, in order to study the space and secular dynamics of these epidemiological phenomena, whose uncertainties are important for their evolution. To do so, the foot-and-mouth disease in bovines was taken overcome as our study's object and we elaborated a SIR model involving EDP to study its space-weather evolution with uncertain parameters of diffusion and transmission. Due the uncertainties these parameters had been estimated using Rule-Based Fuzzy Systems (RBFS). The linguistic variables of the RBFSs presented uncertainties of random nature, which were treated by random models. For computational results, we coupling several models, using the method of finite elements for the space discretization and Cranck-Nicolson for time discretization, toolbox fuzzy for Fuzzy Models and Mount Carlo for Random Models, all in the same algorithm constructed in the environments Matlab and Fortran. / Doutorado / Matematica Aplicada / Doutor em Matemática Aplicada

Orientadores: Luiz Koodi Hotta, Jorge Alberto Achcar / Tese (doutorado) ¿ Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-20T14:22:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vicini_Lorena_D.pdf: 75122511 bytes, checksum: 796c27170036587b321bbe88bc0d369e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A poluição do ar é um problema que tem afetado várias regiões ao redor do mundo. Em grandes centros urbanos, como é esperado, a concentração de poluição do ar é maior. Devido ao efeito do vento, no entanto, este problema não se restringe a esses centros, e consequentemente a poluição do ar se espalha para outras regiões. Os dados de poluição do ar são modelados por processos de Poisson não-homogêneos (NHPP) em três artigos: dois usando métodos Bayesianos com Markov Chain Monte Carlo (MCMC) para dados de contagem, e um usando análise de dados funcionais. O primeiro artigo discute o problema da especificação das distribuições a priori, incluindo a discussão de sensibilidade e convergência das cadeias MCMC. O segundo artigo introduz um modelo incluindo pontos de mudança para NHPP com a função taxa modelada por uma distribuição gama generalizada, usando métodos Bayesianos. Modelos com e sem pontos de mudança foram considerados para fins de comparação. O terceiro artigo utiliza análise de dados funcionais para estimar a função taxa de um NHPP. Esta estimação é feita sob a suposição de que a função taxa é contínua, mas com um número finito de pontos de descontinuidade na sua primeira derivada, localizados exatamente nos pontos de mudança. A função taxa e seus pontos de mudança foram estimadas utilizando suavização splines e uma função de penalização baseada nos candidatos a pontos de mudança. Os métodos desenvolvidos neste trabalho foram testadas através de simulações e aplicados a dados de poluição de ozônio da Cidade do México, descrevendo a qualidade do ar neste centro urbano. Ele conta quantas vezes, em um determinado período, a poluição do ar excede um limiar especificado de qualidade do ar, com base em níveis de concentração de ozônio. Observou-se que quanto mais complexos os modelos, incluindo os pontos de mudança, melhor foi o ajuste / Abstract: Air pollution is a problem that is currently affecting several regions around the world. In major urban centers, as expected, the concentration of air pollution is higher. Due to wind effect, however, this problem does not remain constrained in such centers, and air pollution spreads to other regions. In the thesis the air pollution data is modeled by Non-Homogeneous Poisson Process (NHPP) in three papers: two using Bayesian methods with Markov Chain Monte Carlo (MCMC) for count data, and one using functional data analysis. Paper one discuss the problem of the prior specification, including discussion of the sensitivity and convergence of the MCMC chains. Paper two introduces a model including change point for NHPP with rate function modeled by a generalized gamma distribution, using Bayesian methods. Models with and without change points were considered for comparison purposes. Paper three uses functional data analysis to estimate the rate function of a NHPP. This estimation is done under the assumption that the rate function is continuous, but with a finite number of discontinuity points in its first derivative, exactly at the change-points. The rate function and its change-points were estimated using splines smoothing and a penalty function based on candidate change points. The methods developed in this work were tested using simulations and applied to ozone pollution data from Mexico City, describing the air quality in this urban center. It counts how many times, in a determined period, air pollution exceeds a specified threshold of air quality, based on ozone concentration levels. It was observed that the more complex the models, including change-points, the better the fitting / Doutorado / Estatistica / Doutor em Estatística

Orientadores: Denis Jose Schiozer, Eliana L. Ligero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-04T09:02:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Madeira_MarceloGomes_M.pdf: 1487066 bytes, checksum: 39d5e48bf728f51d3c85f7d5ef207d41 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Os processos de tomada de decisões em campos de petróleo estão associados a grandes riscos provenientes de incertezas geológicas, econômicas e tecnológicas e altos investimentos. Nas fases de avaliação e desenvolvimento dos campos, torna-se necessário modelar o processo de recuperação com confiabilidade aumentando o esforço computacional. Uma forma de acelerar o processo é através de simplificações sendo algumas discutidas neste trabalho: técnica de quantificação do risco (Monte Carlo, árvore de derivação), redução no número de atributos, tratamento simplificado de atributos e simplificação da modelagem do reservatório. Ênfase especial está sendo dada à (1) comparação entre Monte Carlo e árvore de derivação e (2) desenvolvimento de modelos rápidos através de planejamento de experimentos e superfície de resposta. Trabalhos recentes estão sendo apresentados sobre estas técnicas, mas normalmente mostrando aplicações e não comparação entre alternativas. O objetivo deste trabalho é comparar estas técnicas levando em consideração a confiabilidade, a precisão dos resultados e aceleração do processo. Estas técnicas são aplicadas a um campo marítimo e os resultados mostram que (1) é possível reduzir significativamente o número de simulações do fluxo mantendo a precisão dos resultados e que (2) algumas simplificações podem afetar o processo de decisão / Abstract: Petroleum field decision-making process is associated to high risks due to geological, economic and technological uncertainties, and high investments, mainly in the appraisal and development phases of petroleum fields where it is necessary to model the recovery process with higher precision increasing the computational time. One way to speedup the process is by simplifying the process; some simplifications are discussed in this work: technique to quantify the risk (Monte Carlo and derivative tree), reduction of number of attributes, simplification of the treatment of attributes and simplification of the reservoir modeling process. Special emphasis is given to (1) comparison between Monte Carlo and derivative tree techniques and (2) development of fast models through experimental design and response surface method. Some works are being presented about these techniques but normally they show applications and no comparison among alternatives is presented. The objective of this work is to compare these techniques taking into account the reliability, precision of the results and speedup of the process. These techniques are applied to an offshore field and the results show that it is possible to reduce significantly the number of flow simulation maintaining the precision of the results. It is also possible to show that some simplifications can yield different results affecting the decision process / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Alex Antonelli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:09:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michelon_MateusFontana_D.pdf: 2538667 bytes, checksum: 7cf68d701030ed6e318c7312b4f25a03 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Um dos objetivos da simulação atomística na ciência dos materiais é calcular as propriedades de um material virtual e propor rotas para sua fabricação em laboratório. Uma das principais propriedades que o material deve apresentar antes de ser sintetizado é a estabilidade termodinâmica. Como a estabilidade é determinada pela energia livre, o cálculo preciso desta quantidade é de fundamental importância na construção de um laboratório virtual. Neste contexto, desenvolvemos uma metodologia alternativa para a determinação da energia livre de ligas substitucionais, que leva em conta os graus de liberdade vibracionais e configuracionais com precisão controlada. A metodologia utiliza o método de Monte Carlo para simular a dinâmica de trocas e vibrações atômicas e determina a energia livre através dos métodos de ligação adiabática e escalamento reversível. Além disso, a metodologia é capaz de avaliar a influência de mecanismos associados à entropia vibracional, através da relaxação sucessiva de vínculos na dinâmica. Especificamente, permite quantificar os mecanismos de a) proporção de ligações entre átomos distintos, b) discrepância entre volumes atômicos e c) relaxação volumétrica, e identificar a origem da diferença de entropia vibracional na transição ordem-desordem. Testamos e aplicamos a metodologia para estudar um modelo semiempírico da liga Ni3Al. Observamos um aumento da entropia vibracional na transição ordem-desordem comparável com o aumento da entropia configuracional e explicado pelo aumento de volume na transição. Outra característica de um laboratório virtual é possuir modelos que descrevam satisfatoriamente os sistemas de interesse. Investigamos um potencial do tipo tight-binding e descobrimos que não é transferível para descrever fenômenos de ordem-desordem em diversas ligas. Além de investigar o fenômeno ordem-desordem em ligas, estudamos transições de fase líquido-líquido em substâncias puras. Apresentamos uma evidência teórica de transição líquido-líquido de primeira ordem em um modelo semiempírico do gálio, fornecendo suporte a uma recente evidência experimental de transição líquido-líquido no regime super-resfriado deste elemento. Além disso, as simulações atomísticas sugerem um mecanismo microscópico para esta transição. Outras características de um laboratório virtual são a possibilidade de estudar sistemas em condições experimentais inacessíveis e a capacidade de propor novos experimentos. Neste contexto, apresentamos uma evidência teórica de transição líquido-líquido em um modelo ab initio para o dióxido de carbono. A transição ocorre entre um líquido molecular e um líquido polimérico em uma região do diagrama de fases atualmente inacessível experimentalmente. Em um futuro próximo, esperamos que seja possível testar esta previsão teórica e sintetizar fases poliméricas por meios físicos. / Abstract: One of the goals of atomistic simulation in materials science is to calculate properties of a virtual material and suggest routes for its fabrication in laboratory. One of the main properties that the material must have before being synthesized is the thermodynamical stability. As the thermodynamical stability is determined by the free energy, its accurate calculation is of fundamental importance for the construction of a virtual laboratory. In this context, we developed an alternative methodology to determine the free energy of substitutional alloys, which takes into account both the vibrational and configurational degrees of freedom with controlled accuracy. The methodology uses the Monte Carlo method to simulate both the vibrational and exchange dynamics and uses the adiabatic switching and reversible scaling methods to calculate the free energy efficiently. In addition, the methodology is able to evaluate the effect of three mechanisms in the vibrational entropy, through successive relaxations of constraints associated with the dynamics. Specifically, it allows to quantify the mechanisms of a) bond proportion, b) atomic size mismatch and c) bulk volume, and thus identify the origin of the vibrational entropy difference at the order-disorder transition. We tested and applied the methodology to study a semiempirical model of the Ni3Al alloy. We observed an increasing of the vibrational entropy at the order-disorder transition comparable to the configurational entropy increasing and explained by an increasing of the bulk volume. Another expected feature of a virtual laboratory is to offer models that describe satisfactorily the systems of interest. We investigated a tight-binding potential and found out that it is not transferable to describe the order-disorder phenomena in several alloys. In addition to the study of the order-disorder phenomena in alloys, we investigated phase transitions between two liquids of a pure substance. We present a theoretical evidence of a first-order liquid-liquid phase transition in a semiempirical model of gallium, which lend support to the recent experimental evidence of a first-order liquid-liquid transition in the supercooled regime of this element. Moreover, the atomistic simulations suggest a microscopic mechanism for this phase transition. Another expected features of a virtual laboratory are the possibility to investigate systems in unreachable experimental conditions and the capacity to suggest new experiments. In this context, we present an ab initio theoretical evidence of a liquid-liquid phase transition in carbon dioxide. We predict a transition between a molecular liquid and a polymeric liquid at a temperature and pressure which are presently unreachable experimentally. We hope that in the near future it will be possible to test this theoretical prediction and synthesize polymeric phases through physical means. / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Aneirson Francisco da Silva / Resumo: A Estampagem a Frio é um processo de conformação plástica de chapas metálicas, que possibilita, por meio de ferramentas específicas, obter componentes com boas propriedades mecânicas, geometrias e espessuras variadas, diferentes especificações de materiais e com boa vantagem econômica. A multiplicidade destas variáveis gera a necessidade de utilização de técnicas estatísticas e de simulação numérica, que suportem a sua análise e adequada tomada de decisão na elaboração do projeto das ferramentas de conformação. Este trabalho foi desenvolvido em uma empresa brasileira multinacional de grande porte que atua no setor de autopeças, em seu departamento de engenharia de projetos de ferramentas, com o propósito de reduzir o estiramento e a ocorrência de trincas em uma travessa de 6,8 [mm] de aço LNE 380. A metodologia proposta obtém os valores dos fatores de entrada e sua influência na variável resposta com o uso de técnicas de Delineamento de Experimentos (DOE) e simulação pelo método de Elementos Finitos (FE). Uma Função Empírica é desenvolvida a partir desses dados, com o uso da técnica de regressão, obtendo-se a variável resposta y (espessura na região crítica), em função dos fatores influentes xi do processo. Com a Otimização via Simulação Monte Carlo (OvSMC) insere-se a incerteza nos coeficientes desta Função Empírica, sendo esta a principal contribuição deste trabalho, pois é o que ocorre, por via de regra, na prática com problemas experimentais. Simulando-se por FE as ferram... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:53:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARTINEZ_Jonathan_2014.pdf: 11989383 bytes, checksum: 96fb53d9544014ea55b1e53ee779c134 (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / Financiadora de Estudos e Projetos / This study presents a pump scheduling problem for the capture, transfer and storage of water supply systems in urban networks, whose objective is to minimize the electricity cost associated to the pumping operations. To deal with the dynamic and random nature of the water-demand, we propose two-stage stochastic programming with recourse models, where the random variables are represented by a finite and discrete set of realizations or scenarios. The developed mathematical models are extensions of previous deterministic models of the literature and they reflect the basic assumption that a fixed cost could be incurred by the turn on/ turn off activities of the hydraulic pumps. In order to control violations of the water-demand constraints in the presence of multiple different scenarios, we also consider a robustness technique in an attempt to obtain almost feasible solutions. Last, but not least, we adopt a risk-aversion criteria so-called mean absolute deviation to obtain second-stage costs less dependent on the realizations of the scenarios. The scenarios were generated according to a Monte-Carlo simulation procedure that may use any probability distributions to produce the empirical probabilities of the random variables. As the proposed pump scheduling problem with fixed cost is a two-stage stochastic mixed 0 − 1 program, we develop a efficient hybrid heuristic to obtain good-quality solutions of practical instances in a plausible running time. Overall results evidence the stability of the scenario generation method, the sensitivity of the solution according to the key parameters of the mathematical model, and the efficiency of the heuristic in solving large instances. Finally, we show that is possible to save resources by solving the stochastic programming model instead of adopting simpler approaches based on the expected value. / Esse estudo apresenta um problema de programação de bombas para a captação, armazenamento e transferência de água em sistemas de abastecimentos de água em redes urbanas, cujo objetivo é minimizar o custo de energia elétrica associado às operações de bombeamento. Para lidar com a natureza dinâmica e aleatória da demanda por água, foram propostos modelos de programação estocástica de dois estágios com recurso, em que a variável aleatória é representada por um conjunto finito de realizações ou cenários. Os modelos matemáticos desenvolvidos são extensões de modelos determinísticos da literatura e refletem a suposição básica de que é possível se incorrer em um custo fixo pelas atividades de liga/desliga das bombas hidráulicas. Para controlar as violações das restrições de demanda por água na presença de múltiplos cenários diferentes, considerou-se também uma técnica de robustez na tentativa de gerar soluções quase factíveis. Por último, mas não menos importante, adotou-se um critério de aversão ao risco denominado desvio médio absoluto para obter custos de segundo estágio menos dependentes das realizações dos cenários. Os cenários foram gerados de acordo com um procedimento baseado em simulação Monte-Carlo que pode utilizar qualquer distribuição de probabilidade para produzir as probabilidades empíricas das variáveis aleatórias. Como o problema de programação de bombas com custo fixo proposto é um programa inteiro misto 0−1 estocástico, desenvolve-se uma heurística híbrida eficiente para obter soluções de boa qualidade de instâncias práticas em um tempo computacional plausível. Os resultados evidenciam a estabilidade do método de geração de cenários, a sensibilidade da solução de acordo com parâmetros-chave do modelo matemático, e a eficiência da heurística na resolução de instâncias de grande porte. Finalmente, foi demonstrado que é possível poupar recursos pela resolução do modelo de programação estocástica, em vez de adotar abordagens mais simples baseadas no valor esperado.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Em radiodiagnósticos, tais como em mamografias, é comum considerar que a radiação espalhada seja um problema, pois degrada o contraste da imagem. Porém, estudos recentes mostraram que é possível identificar a presença de anormalidades num tecido biológico, a partir da distribuição angular dos fótons espalhados (perfil de espalhamento), que fornecem as informações detalhadas sobre a composição estrutural do tecido. No entanto, estudos de base deste tipo tem-se utilizado de simulação computacional, devido à dificuldades e limitações, tanto na obtenção, armazenamento e manipulação das amostras, quanto na instrumentação experimental, além de questões éticas envolvidas. Neste trabalho, foram simulados os perfis de espalhamento elástico, na região de ângulos intermediários, denominado WAXS (do inglês, Wide Angle X-ray Scattering), de tecidos mamários normais e patológicos, bem como de materiais equivalentes a tais tecidos, por fornecer informações sobre as estruturas responsáveis pelo espalhamento em nível molecular. Para a simulação computacional dos perfis de espalhamento foi utilizado o código Monte Carlo, com o auxílio do software MC-GPU. Seu diferencial em relação a outros códigos para simulação de perfis na região de WAXS é a possibilidade de inclusão dos fatores de forma medidos experimentalmente, que englobam a Função de Interferência Molecular, ao invés apenas dos fatores de forma calculados utilizando o Modelo Atômico Independente. Foram construídos dois phantoms virtuais em forma cilíndrica, com inserções cilíndricas internas contendo os seguintes materiais: tecido adiposo, tecido glandular, água, dimetilformamida, etanol, glicerol e nylon, compondo 27 combinações, com simulações específicas em cada uma. Estes materiais foram escolhidos por apresentar características de atenuação similares às dos tecidos mamários normais e patológicos na energia utilizada. Foi utilizado um feixe de fótons monoenergético (Kα-Cu = 8,54 keV) e um detector bidimensional. Os padrões de espalhamento obtidos foram integrados para obtenção dos perfis de espalhamento. Os resultados com os phantoms virtuais foram muito semelhantes aos reportados na literatura para cada um dos materiais puros inseridos nos phantoms. Assim, este trabalho demonstrou à possibilidade de inclusão dos fatores de forma experimentais de cada material, nas simulações dos perfis de espalhamento dos phantom de mama normal e patológica, obtendo resultados mais realísticos e catalogando os resultados de forma que possa ser utilizado como base de dados em trabalhos futuros. Portanto, ainda que preliminares, os resultados deste trabalho corroboram para a exploração de novas técnicas de imagem mamária baseadas no espalhamento elástico de raios X. / In radiodiagnostics, such as mammograms, it is common to consider that scattered radiation is a problem because it degrades the contrast of the image. However, recent studies have shown that it is possible to identify the presence of abnormalities in a biological tissue, from the angular distribution of scattered photons (scattering profile), which provide detailed information on the structural composition of the tissue. Basic studies of this type have been used for computational simulation, due to the difficulties and limitations, both in obtaining, storing and manipulating the samples, as well as in the experimental instrumentation, besides the ethical issues involved. In this work, the elastic scattering profiles of normal and pathological mammary tissues, and the materials equivalent to these tissues, were simulated in the region of intermediate angles, called WAXS (Wide Angle X-ray Scattering). This structure responsible for scattering at the molecular level. For the computational simulation of the scattering profiles was used the Monte Carlo code, with the aid of the MC-GPU software. Its differential in relation to other codes for simulation of profiles in the WAXS region is the possibility of including experimentally measured form factors, which encompass the Molecular Interference Function, instead of only the form factors calculated using the Independent Atomic Model. Two cylindrical virtual phantoms were constructed with internal cylindrical inserts filled with the following materials: adipose tissue, glandular tissue, water, dimethylformamide, ethanol, glycerol and nylon, composing 27 combinations, with specific simulations in each one. These materials were chosen because they presented attenuation characteristics similar to the normal and pathological mammary tissues in the energy used. A monoenergetic photon beam (Kα-Cu = 8.54 keV) and a two-dimensional detector were used. The scattering patterns obtained were integrated to obtain the scattering profiles. The results with the virtual phantoms were very similar to those reported in the literature for each of the pure materials inserted in the phantoms. Thus, this work demonstrated the possibility of including the experimental form factors of each material in the simulations of the scattering profiles of the normal and pathological breast phantom, obtaining more realistic results and cataloging the results in a way that can be used as a database in future work. Therefore, although preliminary, the results of this work corroborate the exploration of new breast imaging techniques based on elastic X-ray scattering.

A terapia com prótons está presente em 16 países e até 2015 tratou mais de 130 mil pacientes. No entanto, no Brasil essa terapia ainda não está presente por diversos motivos, sendo o principal o alto custo. Antes de realizar tratamentos, é necessário fazer alguns testes para verificação da entrega de energia dos feixes de prótons. Como as medidas de microdosimetria são muito caras, a principal alternativa é a realização de simulações em programas computacionais, como o GEANT4 e SRIM. O GEANT4 é um programa que permite simular geometrias complexas, enquanto que o SRIM realiza simulações mais simples e ambas trabalham com o método de Monte Carlo. Neste trabalho foram utilizadas estas duas ferramentas para realizar simulações de feixes de prótons em fantomas com três diferentes composições (água, água e tecido ósseo, tecido ósseo e cerebral). Para realizar a análise da entrega de energia dos feixes de prótons ao longo destes fantomas, tornou-se necessário criar um programa denominada “Programa de Processamento de Dados em Próton Terapia Simulada”, que proporcionou criar matrizes, além dos cálculos dos picos de Bragg para avaliação da interação. Além disso, foi analisada a homogeneidade da interação de um feixe de prótons em um detector, em que foi verificado que as simulações em GEANT4 são homogêneas, não tendo uma tendência do feixe em se localizar em uma determinada região, assim como as energias depositadas são iguais nas regiões do fantoma. Também foram avaliados os valores do alcance de profundidade dos picos de Bragg em fantomas cilíndricos com três diferentes densidades: 1,03 g/cm³, 1,53 g/cm³ e 2,03 g/cm³, sendo a primeira, a densidade fornecida pelo GEANT4 para tecido cerebral. Foi verificado que as distâncias do alcance de profundidade dos picos de Bragg são iguais nestas três diferentes densidades. / Proton therapy is present in 16 countries and by 2015 has treated more than 130,000 Patients. However, in Brazil this therapy is not yet present for several reasons, Being the main the high cost. Before performing treatments, it is necessary to do some tests to verify the energy delivery of the proton bundles. As the Microdosimetry are very expensive, the main alternative is to carry out simulations in Programs such as GEANT4 and SRIM. GEANT4 is a program that Allows you to simulate complex geometries, while SRIM performs more complex simulations. Simple and both work with the Monte Carlo method. On this work were used these twain tools to perform a proton beam simulation in phantom with three different compositions (water, bones and water, brain and bones). To perform the energy delivery analysis of the proton beams along these phantoms, has become necessary create a program denominated “Data Processing Program Proton Therapy Simulated”, which allowed to create matrices, beyond the calculations of the Bragg peaks for interaction evaluation. Besides that, it was analyzing the homogeneity of the integration of a proton beam into a detector, in which it was verified that the simulations on GEANT4 are homogeneous, not having a tendency of the beam in locating in a certain region, just as the energies deposited are equal. The value of the depth range of the Bragg peaks were also evaluated in cylindrical phantoms with three different densities: 1,03 g/cm³, 1,53g/cm³ and 2,03 g/cm³, the first being the density provided by GEANT4 for brain tissue. It has been found that the depth range distances of the Bragg peaks are the same at these three different densities.

A presente dissertação propõe a resolução do problema de flexão estocástica em uma viga Euler-Bernoulli, sobre uma fundação do tipo Pasternak, através de um método computacional baseado na simulação de Monte Carlo. A incerteza está presente nos coeficientes elásticos da viga e da fundação. Primeiramente, é estabelecida a formulação matemática do problema que é oriunda, de um modelo físico de deslocamento da viga, que leva em consideração a influência da fundação sobre a resposta do problema. Portanto foi realizado um estudo a cerca dos modelos mais usuais de fundação, que são: o modelo do tipo Winkler, e modelo de Pasternak. Logo a seguir foi provado que o problema variacional abstrato, derivado da formulação forte do problema, apresenta solução e esta é única. Para a obtenção da solução do problema, foi realizada uma fundamentação matemática, dos seguintes assuntos: representação da incerteza, método de Galerkin, série de Neumann, e por fim das cotas inferiores e superiores. Finalmente, o desempenho das cotas inferiores e superiores, em relação à simulação de Monte Carlo direto, foram avaliadas através de vários casos, nos quais a incerteza repousa sobre os diversos coeficientes que compõe a equação de flexão na forma de um problema variacional. A metodologia mostrou-se eficiente, tanto no aspecto da convergência da resposta quanto no que se refere ao custo computacional. / This work proposes the resolution of stochastic bending problem in a Euler- Bernoulli beam, on a foundation type Pasternak, through a computational method based on Monte Carlo simulation. Uncertainty is present in the elastic coefficients of the beam and foundation. First, it is established the mathematical formulation of the problem which is derived from a physical model displacement of the beam, that takes into account the influence of the foundation on the problem of response. This requires an approach that is made up on the most common models of foundation, which are: the model Winkler type and model of Pasternak.In sequence we study the existence and uniqueness of the variational problem. To obtain the solution of the problem, a mathematical reasoning is carried out, to the following matters: representation of uncertainty, Galerkin method, serial Neumann, and finally the lower and upper bounds. Finally, the performance of lower and upper bounds, derived from direct simulation of Monte Carlo were evaluated through various cases where the uncertainty lies in the different coefficients composing the equation bending as a variational problem. The method proved to be efficient, both in the response of the convergence point as regards the computational cost.