Estudamos a estabilidade de um feixe relativístico continuo e intenso de partículas carregadas que se propaga no interior de um tubo condutor cilíndrico. As equações de movimento para o centróide e o envelope de um feixe, cujo eixo de propagação esta levemente desalinhado com relação ao eixo do tubo condutor, são obtidas e utilizadas na determinação das condições de equilíbrio e estabilidade para o transporte do feixe. Nosso estudo mostra que, dependendo dos parâmetros principais que definem o sistema, a propagação do feixe ao longo do eixo de simetria do tubo pode se tornar instável devido à presença da parede condutora, o que define um limite fundamental na fração de área efetiva que um feixe em equilíbrio pode ocupar dentro do tubo. / We study the stability of a continuous and intense relativistic beam of charged particles that propagates inside a cylindrical conducting pipe. The equations of motion for the centroid and the envelope of a beam, whose axis of propagation is slightly misaligned with the axis of the transport channel, are obtained and used in determining the conditions of equilibrium and stability for the transport of the beam. Our study shows that, depending on main parameters that define the system, the transport of the beam along the axis of symmetry of the pipe may become unstable due to the presence of the conducting wall. This defines a fundamental limit on the fraction of the effective area that an stable beam can occupy inside the pipe.

Submitted by Gabriela Carolina Martínez Morillo (gabrielacarolinam@gmail.com) on 2018-02-05T17:23:52Z No. of bitstreams: 1 Dissertaçao Gabriela C. M. Morillo.pdf: 8290773 bytes, checksum: bc0329ca8d6a63d8dc92c197f8b0946f (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2018-02-06T10:24:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertaçao Gabriela C. M. Morillo.pdf: 8290773 bytes, checksum: bc0329ca8d6a63d8dc92c197f8b0946f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-06T10:24:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertaçao Gabriela C. M. Morillo.pdf: 8290773 bytes, checksum: bc0329ca8d6a63d8dc92c197f8b0946f (MD5) / CAPES / Esta dissertação tem como objetivo estudar o Método dos Elementos Discretos (DEM) também conhecido como Método das Partículas, para a sua aplicação na mecânica dos solo, específicamente para o cálculo das tensões em materiais granulares sem coesão. Inicialmente são apresentados aspectos teóricos da mecânica dos solos e as propriedades físicas de alguns tipos de materiais granulares, a serem utilizadas na aplicação dos exemplos numéricos. Posteriormente, é apresentada a formulação do Método das Partículas correspondendo às equações de movimiento e das forças atuantes em cada partícula. Para isto, são definidos a segunda lei de Newton, a lei de Forcas-Deslocamentos, o modelo de contato de Hertz e alguns conceitos da mecânica das partículas. Descreve-se também o processo de integração no tempo e o algoritmo de solução numérica apresentado por T. I. Zohdi. Adicionalmente, é descrito um novo processo de otimização para a deteção de contato, diminuindo sensivelmente o custo computacional e, consequentemente o tempo de análise. Finalmente, são apresentados nesta pesquisa alguns exemplos básicos da física, necessários para a validação da formulação e a posterior aplicação do método na mecânica dos solos. Os resultados obtidos com o programa desenvolvido nesta pesquisa são comparados com os resultados da mecânica dos solos, mediante a utilização do programa de simulação numérica GeoStudio. Para a representação gráfica dos resultados, utilizou-se do programa de interfase gráfica GiD. / This work has as objective to study the Discrete Element Method (DEM), also known as the Particle Method, for its aplication in the soil mechanics, specifically to calculate the tension acting on granular materials without cohesion. At first, theoretical aspects of soil mechanics and the physical properties of some types of granular materials are presented, the material properties are used afterwards on the numerical examples. Following this, the Particle Method formulation is descrived, corresponding to the force and movement equations acting on each particle. For that, Newton’s second law, the Force-Displacement law, Hertz’s contact law and some concepts from particle mechanics are defined. In this work, the integration over time process and the numerical solution algorithm presented by T. I. Zohdi are also described. Aditionally, a new optimization process for contact detection is described, one on which diminishes computational costs and therefore analysis time significantly. Finally, some basic physics examples necessary for the formulation validation and application in ground mechanics are presented in this research. The results obtained with the software developed on this research are then compared with the soil mechanics results, which are simulated using the GeoStudio software. For the result’s graphical presentation, the GiD application was utilized.

Esta tese analisa a transição de um feixe com perfil isotrópico para um perfil anisotrópico em um canal focalizador linear. Considerando um feixe de íons de alta intensidade no regime dominado pelas forças eletromagnetoestáticas do próprio feixe e com um grande desacasamento (RMS) do envelope do feixe, observa-se um rápido crescimento da anisotropia espacial do feixe. Uma vez que as interações eletromagnetoestáticas do próprio feixe em um acelerador linear de alta intensidade podem levar a equipartição da energia entre os graus de liberdade do feixe, este fenômeno de anisotropização sugere uma espécie de rota para a equipartição. Nesta tese, mostramos que as ressonâncias de partícula-partícula e as ressonâncias entre os modos de oscilação do feixe e as partículas levam a anisotropização do feixe, isto é, tanto a razão do envelope como a razão das emitâncias são diferentes de um. Propomos que esta anisotropia é responsável pelo equiparticionamento do feixe. Os resultados sugerem que quando o feixe permanece equiparticionado ele apresenta uma anisotropia macroscópica, que é caracterizada pelas seguintes propriedades: o desenvolvimento de uma forma elíptica do feixe, com o crescimento do semi-eixo ao longo da direção x, a presença de um acoplamento entre as emitâncias transversais, a formação do anel ao longo de uma direção preferencial, a estacionariedade da temperatura e um crescimento da entropia, sob a forma de cascata. Chamamos o estado caracterizado por estas propriedades como um estado de equartição via anisotropias. / This thesis examines the transition from isotropic to anisotropic beam profiles in a linear focusing channel. Considering a high-intensity ion beam in a space-charge dominated regime and with an initially large mismatcaed RMS beam size, we observe a fast increasing spatial anisotropy of the beam. Since space-charge interactions in a high-intensity linear accelerator can lead to energy equip rtition between the degrees of freedom, this anisotropization phenomena suggest a kinc of route to equipartition. In this thesis we show that the particle-particle resonances and mode oscillation of the beam-particle resonances lead to the anisotropization of the beam, that is, both the envelope ratio and the emittance ratio are different from one. We propose that this anisotropy is responsible for the beam's equipartitioning. The results suggest that the beam remains equipartitioned when it exhibits a macroscopic anisotropy, which is characterized by the following properties: the development of an elliptical shape with increasing size along the x-direction, the presence of a coupling between transversal e ittances, halo formation along a preferential direction, stationarity of the temperature and a growth of the entropy in the cascade form. We call the state characterized by these properties as an anisotropic equipartition state.

Nesta tese de doutorado, calculamos as taxas de decaimento de algumas ressonâncias, que podem ser consideradas como glueballs. Este estudo é desenvolvido dentro do contexto do formalismo de Fock-Tani. Em particular, aplicamos este formalismo para as ressonâncias f0(1370), f0(1500) e f0(1710), pois é nesta região do espectro hadrônico que se espera que esteja o glueball mais leve, com números quânticos 0++. O formalismo de Fock-Tani consiste, em primeiro lugar, de observar que os operadores de criação e destruição de partículas compostas não obedecem as relações de (anti)comutação canônicas, devido a presença da estrutura interna. Após realizar a transformação unitária de Fock-Tani U sobre o operador de criação do estado ligado, um novo estado ligado é obtido sendo definido como a aplicação de um operador de criação ideal sobre o vácuo. Os operadores ideais obedecem as relações de (anti)comutação canônicas. Além de transformar- se o estado também efetua-se a transformação dos operadores da teoria (operadores de quarks, mésons, bárions, glueballs, entre outras partículas) obtendo-se, de forma iterativa, uma expansão em potências da função de onda. Com esses operadores efetivos torna- se possível construir quantidades efetivas em termos das quantidades fundamentais. Uma destas quantidades efetivas importantes que podem ser construídas é o Hamiltoniano, Hefetivo = U¡1HU, que possui, entre outras estruturas, diagramas correspondendo aos espalhamentos hadrônicos com troca de constituintes, decaimentos hadrônicos, etc. Este formalismo prevê também, a existência de correções de estado ligado ou correções de ortogonalidade. Em nossos estudos, estas correções se aplicam ao setor de quarks. Para o setor de glúons é demonstrado que a correção é nula. As ressonâncias f0(1370), f0(1500) e f0(1710) são consideradas como uma mistura de estados. Isto ocorre devido a existência de estados ligados de quarks e de glúons com os mesmos números quânticos. Dessa forma, não se pode distinguir entre estes estados, por isso se faz necessário introduzir uma mistura. / In this thesis, we calculate the decay width for some resonances, which can be considered as glueballs. This work is developed in the context of the Fock-Tani formalism. The formalism is applied for the resonances f0(1370), f0(1500) and f0(1710), because the lightest glueball is expected to be in this region of the hadronic spectrum, with quantum numbers 0++. In the Fock-Tani formalism, the creation and destruction operators of composite particles do not obey the canonical (anti)commutation relations due to the presence the internal structure. After performing the unitary Fock-Tani transformation U on the bound state creation operator, a new bound state is obtained and is defined as the application of an ideal creation operator on the vacuum. The ideal operators obey canonical (anti)commutation relations. The transformation is also applied on the operators of the theory (quarks, mesons, baryons, glueballs, and other particles operators) obtaining, in an iterative way, an expansion in powers of the wave function. With these e®ective operators it becomes possible to build e®ective quantities in terms of fundamental quantities. One of these important e®ective quantities is the Hamiltonian, Heffective = U¡1HU, which contains the scattering diagrams with constituent exchange, hadronic decays, etc. This formalism also provides the existence of orthogonality corrections or bound state corrections. In this work, these corrections are applied to the quarks sector. For the gluons sector is is shown that the correction is zero. The f0(1370), f0(1500) and f0(1710) resonances are considered as a mixture of states. This is due to existence of quarks and gluons bound states with the same quantum numbers. These states can not be distinguished, so it is necessary to introduce a mixture.

Esta tese analisa a dinâmica combinada do envelope e da centróide de feixes intensos de partículas carregadas envoltos por paredes condutoras. Similarmente ao caso onde as paredes condutoras estão ausentes, nós mostramos que a dinâmica do envelope e da centróide são independentes. Envelopes descasados decaem ao estado de equilíbrio com simultâneo crescimento de emitância, mas a centróide se mantém oscilando sem perda signi cativa de energia. São mostradas estimativas analíticas para obtenção de algumas características de formação de halo vista nas simulações completas. / This thesis analyses the combined envelope-centroid dynamics of high intensity charged beams surrounded by conducting walls. Similarly to the case were conducting walls are absent, we show that the envelope and centroid dynamics decouples from each other. Mismatched envelopes still decay into equilibrium with simultaneous emittance growth, but the centroid keeps oscillating with no appreciable energy loss. Some estimates are performed to analytically obtain some characteristics of halo formation seen in the full simulations.

Uma quantização consistente da cromodinãmica num gau ge axial completamente fixado é realizada usando o procedimen to de quantização por parênteses de Dirac. Os resultados centrais são: A translação de parênteses de Dirac a comutadores a tempos iguaiS é possível, sem ambigüidades, devido ã ausência de problemas de ordenamento. Todos os comutadores a tem pos iguais são compatíveis com os vínculos e condições de gau ge valendo como identidades operatoriais fortes. Todos os comutadores a tempos iguais são compatíveis com os campos cromo elétricos, cromomagnéticos e fermiõnicos anulando-se no infi nito espacial. Os potenciais de gauge coloridos A° ,a , A l ma e A 2'a apresentam um comportamento fisicamente significativo, embora do tipo gauge puro, em x 3 = ±-,conforme exigido pela presença de um conteúdo topolõgico não-trivial. A invariança de Poincaré é satisfeita sem introduzir potenciais quanto-meã nicos "extras" no Hamiltoniano. O determinante da matriz de Faddeev-Popov não depende das vari-a- veis de campo. / A consistent quantization of chromodynamics in a completely fixed axial gauge is carried out by using the Dirac bracket quantization procedure. The main results are: The translation of Dirac brackets into equal-time commutators is possible, with6ut ambiguities, because of the absence of ordering problems. All equal-time commutators are compatible with constraints and gauge conditions holding as strong operator relations. All equal-time commutators are compatible with chromoelectric, chromomagnetic and fermionic fields vanishing at spatial infinity. The colored gauge potentials A o,a , A l,a and A2 'a are seen to devei op a physically significant, although pure gauge, behavior at x 3 = ±=, as required by the presence of a non-trivial topological content. Poincare invariance is satisfied without introducing in the Hamiltonian "extra" quantum mechanical potentials. The determinant of the Faddeev-Popov matrix does not depend upon the field variables.

A partir de uma abordagem teórica e experimental, a perda de energia ou a força de freamento de íons individuais e dímeros atravessando um gás de elétrons livres (teoricamente) e um meio sólido (experimentalmente) e investigada cuidadosamente neste trabalho. Do ponto de vista teórico, a descrição da interação de íons com um gás de elétrons e feita em termos do potencial de espalhamento elétron- on. Os resultados mostram diferentes soluções para os potenciais auto-consistentes em baixas energias dos projéteis, as quais são relacionadas a diferentes graus de excitação da nuvem eletrônica em torno do projétil. Uma interpolação dinâmica do potencial de espalhamento V (r) e proposta e usada para calcular a força de freamento. Esses resultados estão em bom acordo com os cálculos de benchmark da TD-DFT, bem como com os dados experimentais. Experimentalmente, focamos nosso estudo na técnica de espalhamento de íon de energia média (MEIS) para a obtenção da perda de energia de íons de H+ e HeH+ em Al2O3. O objetivo dessa investigação e melhorar nosso entendimento do efeito de vizinhança negativo e positivo observado na perda de energia de íons moleculares. Em baixas energias, esse efeito de vizinhança e caracterizado por uma interferência negativa que e responsável pela menor perda de energia dos fragmentos dos íons moleculares quando comparada ao caso onde os fragmentos estão longe um do outro. Em altas energias o efeito se inverte. Motivados por uma descrição mais acurada desses efeitos, um novo modelo não linear foi desenvolvido através da generalização do modelo da abordagem da densidade induzida (IDA) para a interação de íons moleculares com um gás de elétrons livres, nomeadamente como IDA-Mol. Para o potencial de espalhamento dos dímeros e proposta uma correção para a carga de polarização em torno do on Z1 devido a vizinhan ca de um on Z2. A análise dos resultados obtidos a partir da IDA-Mol nos permitiu, pela primeira vez, explicar a origem do efeito de vizinhança negativo (baixas energias) e positivo (altas energias), bem como a transição abrupta observada entre os efeitos negativos e positivos do efeito de vizinhança na perda de energia. / From a theoretical and experimental approach, the energy loss or the stopping force of individual ions and dimers in a free electrons gas (FEG) (theoretically) and in a solid medium (experimentally) is carefully investigated in this work. From the theoretical point of view, the description of the interaction of ions with an electron gas is made in terms of the electron-ion scattering potential. The results show di erent solutions for the self-consistent potentials at low energies of the projectiles, which are related to di erent degrees of excitation of the electronic cloud around the projectile. A dynamic interpolation of the scattering potential V (r) is proposed and used to calculate the stopping force. These results are in good agreement with TD-DFT benchmark calculations, as well as with the experimental data. Experimentally, we focused our study on the medium energy ion scattering (MEIS) technique to obtain the energy loss of H+ ions and HeH+ dimers in Al2O3. The aim of this investigation is to improve our understanding of the negative and positive vicinage e ects observed in the energy loss of dimers. At low energies, this vicinage e ect is characterized by a negative interference that is responsible for the lower energy loss of the dimer fragments when compared to the case where the fragments are far from each other. At high energies the e ect is reversed. Motivated by a more accurate description of these e ects, a new nonlinear model was developed through the generalization of the induced density approach (IDA) model for the interaction of dimers with a free electron gas, namely IDA-Mol. For the scattering potential of the dimers a correction is proposed for the polarization charge around the ion Z1 due to the Z2 companion. The analysis of the results obtained from the IDA-Mol allowed us, for the rst time, to explain the origin of the negative (low energies) and positive (high energies) vicinage e ects, as well as the abrupt transition observed between the negative and positive e ects of the vicinage e ect in the energy loss.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2003 / Made available in DSpace on 2012-10-21T00:44:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 267689.pdf: 2951502 bytes, checksum: 0c035b26b7ba5cc93977f56798ed49fa (MD5) / Neste trabalho investigamos modelos de crescimento com partículas depositadas podendo relaxar com probabilidade 1-p. Modelos de diferentes classes de universalidade foram propostos descrevendo a competição entre o modelo de deposição aleatória com relaxação e o modelo da maior curvatura. Foram simulados modelos mistos que forneceram informações sobre o cruzamento entre os diferentes comportamentos. Utilizando a simulação numérica de Monte Carlo, estudamos esses modelos competitivos sobre substratos unidimensionais para computar a dependência da rugosidade da superfície em função do tempo e do comprimento da rede.Através das leis de escala encontramos os expoentes de crescimento característicos dos modelos mistos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-21T07:34:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O presente trabalho apresenta a modelagem e simulação da dispersão de contaminantes particulados em atmosferas confinadas, na presença da convecção natural e mista. O ambiente apresenta um obstáculo (isotérmico ou aquecido) no seu interior. A ênfase do trabalho está centrada nos escoamentos com a presença de recirculações do fluido, que oscilam a sua posição no tempo. Utiliza-se a solução simultânea do sistema de equações de conservação do fluido (abordagem Euleriana) com a equação do movimento da partícula (abordagem Lagrangeana). A faixa de tamanho de partículas está compreendida entre 4 mm e 12 mm, com uma massa específica de 4000 kg/m3. Isto equivale a uma faixa de diâmetro aerodinâmico entre 6,35 mm e 19 mm. Nas condições fluidodinâmicas utilizadas, a presença da fonte quente altera significativamente a trajetória das partículas no ambiente. A comparação dos resultados obtidos neste trabalho com dados experimentais encontrados na literatura apresenta uma concordância muito boa.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-18T08:42:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T22:14:39Z : No. of bitstreams: 1 182858.pdf: 5465519 bytes, checksum: 9a391ee88d81d749c2ef3bc32c718f64 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo sobre a separação de partículas a seco, sendo esta operação de importância crescente na indústria química. O processo de separação utilizado foi a aeroclassificação de partículas, que também é conhecida como classificação dinâmica, cuja faixa de aplicação está compreendida entre partículas de diâmetros de 1000 microns até partículas submicrônicas. Neste trabalho, os principais tipos de classificadores comercialmente disponíveis no mercado foram estudados e agrupados convenientemente em função de seus diferentes princípios de funcionamento. Face ao escasso número de trabalhos publicados a este respeito, foram realizados uma série de experimentos, utilizando-se para isto aeroc1assificadores industriais, tendo por objetivo, o levantamento de parâmetros de eficiência e capacidade dos mesmos. Os equipamentos utilizados nos testes representam as diferentes classes de aeroclassificadores, proporcionando assim maior generalidade ao trabalho. A avaliação do desempenho de qualquer equipamento de separação de partículas envolve, inicialmente, a caracterização das partículas e posteriormente, a utilização de diferentes critérios de eficiência, os quais foram descritos no corpo deste trabalho.