As técnicas baseadas em microfeixe de íons energéticos possuem aplicações em diferentes áreas de conhecimento, tais como materiais, biologia, neurociência, ciências ambientais, entre outros. A microssonda iônica também possui a capacidade de fabricar micro-estruturas com aplicações em biomateriais, micro-fotônica, micro-fluídica, membranas porosas e diversas outras. O Laboratório de Implantação Iônica do Instituto de Física (LII) da UFRGS (Universidade Federal do Rio Grande do Sul) conta com uma linha de microssonda iônica que dispõe de detectores para a realização de diversos tipos de experimentos: Emissão de RaiosX Induzida por Partículas (Particle Induced X-Ray Emission – PIXE), Espectroscopia de Espalhamento de Rutherford (Rutherford Backskattering Spectroscopy – RBS), Reação Nuclear (Nuclear Reaction Analysis – NRA) e Microscopia Iônica de Varredura por Transmissão (Scanning Transmission Ion Microscopy – STIM). Além disso, tem-se aperfeiçoado a técnica de micro-fabricação denominada Litografia por Feixe de Prótons (Proton Beam Writing – PBW), atualmente em substratos poliméricos. Este trabalho apresenta dois focos: um deles é a análise de fígado de peixe pela técnica de micro-PIXE. Estes fígados apresentam lesões associadas à exposição de contaminantes. Essas lesões são acompanhadas de células pigmentosas à base de metais chamadas de centros de melanomacrófagos. Observou-se que o fígado de peixe é uma amostra em potencial para estudos ambientais. Outro foco foi o estudo da técnica de STIM em películas poliméricas micro-fabricadas por PBW. Foram estudadas diferentes configurações geométricas para a técnica de STIM, bem como a utilização de feixes de H+1, He+2 e Li+3. Diferentes amostras foram preparadas, desde estruturas simples (possuindo apenas orifícios) até amostras multi-estruturadas do tipo degrau. As medidas de STIM foram comparadas com medidas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) de maneira a confirmar a viabilidade e confiabilidade dos estudos morfológicos das amostras em questão. A técnica de STIM se apresentou viável para o estudo morfológico de microestruturas fabricadas por microfeixe de íons em películas poliméricas, sendo que a melhor configuração é na geometria on-axis utilizando o íon He+2 que provê melhor resolução em energia, sem comprometer a resolução espacial. Em comparação com medidas de MEV, apresenta vantagens como maior rapidez, preservação da amostra e o poder de resolver estruturas enterradas na amostra. A similaridade entre as duas técnicas com relação às demais características faz do STIM uma excelente alternativa à mais comumente utilizada para diversas análises morfológicas de películas poliméricas. / Ion beam techniques have many applications in different areas such as materials, biology, neuroscience and environmental science among others. The ion microprobe has also the ability of fabricating microstructures with applications in the fields of biomaterials, micro-photonics, micro-fluidics, porous membranes and many others. The Ion Implantation Laboratory of the Physics Institute at UFRGS has a microprobe beamline equiped with detectors used in different techniques: Particle Induced X-Ray Emission (PIXE), Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS), Nuclear Reaction Analysis (NRA) and Scanning Transmission Ion Microscopy (STIM). Besides, its scanning capability makes allows the use of the micro-fabrication technique called Proton Beam Writing (PBW). Currently, this technique has been used to write micro-structures over polymers. Several projects are in progress for the development and improvement of such techniques, since the microbeam line is a recent acquisition by the laboratory. This work presents two guidelines: one of them is the analysis of fish liver through the micro-PIXE technique. These livers present injuries associated to the exposure of contaminants. The injuries are characterized by the presence of pigmented cells based on metals called melanomacrophage centers. It was observed that the fish liver is a promising sample for environmental studies. The other guideline is the study of the STIM technique on micro-fabricated polymer foils by PBW. Different geometric configurations for the STIM technique were explored, as well as the use of different ion beams (H+1, He+2 and Li+3). Different samples were prepared, ranging from simple structures (containing only one hole) to step-like multi-structured samples. STIM measurements were compared with Scanning Electron Microscopy (SEM) in order to confirm the viability and reliability of morphological studies of the samples under study. The STIM technique proved to be suitable for the morphological study of micro-structures fabricated by ion microbeam on polymeric foils. The best configuration is the on-axis geometry using He+2 beam, which provides the best energy resolution without compromising the spatial resolution. In comparison with SEM measurements, advantages such as speed of measurement, non-destructiveness and power of resolving buried structures of the sample were observed. Concerning other features, the similarities between the two techniques make STIM an excellent alternative for morphological analysis of polymeric foils.

The phenomenon of energy loss that occurs when an ion interacts with matter, also called stopping power, has been investigated for more than a century, and has provided findings of interest. However, reliable procedures for obtaining accurate experimental measurements and a fully theoretical comprehension of the process are tasks still in high demand by the scientific community. Moreover, stopping power data are prerequisites in several applications in modern science, such as engineering, ion implantation and modification of materials, damage to electronics devices (e.g. space radiation), medical physics (e.g. proton therapy), among others. In this thesis we i) develop a rigorous experimental protocol to measure stopping power with high precision, and ii) investigate the collapse of the free electron gas (FEG) model in energy loss of light ions (protons) at a low energy range in transition and rare-earth metals. In the first part, we present an approach to obtain, with high accuracy, the stopping cross sections in the pure materials Al and Mo for protons in the energy range of [0.9 - 3.6] MeV by means of the transmission method. The traceability of the sources of uncertainties are fully evaluated and the final accuracy of the results is 0.63% (0.32% rand. and 0.54% syst.) for Al, and 1.5 % (0.44 % rand. and 1.4% syst.) for Mo, with both results primarily limited by the quality and homogeneity of the stopping foils. For Al, this high accuracy represents an improvement compared to the results obtained in previous studies and serves as a benchmark for our procedure. The most important sources of uncertainties were random - the uncertainty in the peak positions and in the Gaussian fits; and systematic - the non-uniformity thickness of the foils (a special procedure was developed to correct this). Even though the final uncertainty for Mo is higher than for Al, our results improve on the amount of data currently available for the energy range considered. Both data sets are compared with the most commonly employed theoretical models and Monte Carlo codes in the literature. In the second part, electronic stopping cross sections of nontrivial solids, that is, transition and rare earth metals (Ta and Gd) for slow protons are experimentally investigated, and the data were compared with the results for Pt and Au, to understand how energy losses in these metals are correlated with electronic band structures, and to understand the failure of the FEG model predictions. The higher stopping powers found for Ta and Gd cannot be explained by means of the FEG model; however, these effects are successfully correlated with the high density of states (DOS) of both the occupied and unoccupied electronic levels in these metals. For the case of Gd, the experimental data are extended in the energy range until the Bragg\'s peak is reached. The two parts of this thesis were published in Physical Review A 93 022704 (2016), and in Physical Review Letters 18 103401 (2017), respectively. / O fenômeno de perda de energia quando um íon interage com a matéria, também conhecido como poder de freamento, vem sendo investigado por mais de um século, gerando grandes descobertas. Entretanto, conseguir obter medidas experimentais com alta precisão, ou elaborar um completo entendimento teórico dos processos de perda de energia são tarefas extremamente difíceis e ainda muito requeridas pela comunidade científica. Além disso, dados de perda de energia são pré-requisitos em várias aplicações e ramos da ciência moderna, tais como: engenharia, implantação e modificação de materiais, danos em dispositivos eletrônicos (radiação espacial), física médica (próton terapia), etc. Esta tese tem dois focos: i) desenvolver um rigoroso protocolo experimental para medir stopping power com alta precisão e ii) investigar a quebra de validade do modelo de Gás de Elétrons Livres (FEG) para a perda de energia de prótons lentos em metais de transição e terra raras. Na primeira parte apresentamos uma abordagem experimental para obter com alta precisão o poder de freamento em materiais puros (Al e Mo) para prótons no intervalo de energia de [0,9 - 3,6] MeV pelo método de transmissão. A rastreabilidade das fontes de incerteza foi determinada e as incertezas finais encontradas foram: 0,63 % (0,32 % aleat. e 0,54 % sist.) para Al e 1,5 % (0,44 % aleat. e 1,4 % sist.) para Mo, ambas devido a qualidade e homogeneidade das folhas freadoras. Para Al, esta acurácia representa um avanço comparado com publicações anteriores e, assim, serviu como uma referência de nosso procedimento. As mais importantes fontes de incerteza foram: aleatória incerteza das posições dos picos e dos ajustes Gaussianos e sistemática não-uniformidade das folhas-alvo (um procedimento foi desenvolvido para corrigir isso). Embora a incerteza final do Mo é um pouco maior do que do Al, nossos resultados ajudaram a complementar a baixa quantidade de dados disponíveis para o intervalo de energia considerado. Ambos conjuntos de dados foram comparados com os mais comuns modelos teóricos e códigos de Monte Carlo na literatura. Para a segunda parte, poder de freamento em metais não tão comuns tais como transição (Ta) e terras-raras (Gd) para prótons com baixas velocidades foram experimentalmente investigados, e os dados comparados com resultados de Pt e Au, a fim de entender como o stopping power destes metais está correlacionado com as estruturas de bandas eletrônicas, e assim tentar explicar a falha do modelo de FEG. Os altos valores das perdas de energias encontradas para Ta e Gd não puderam ser explicadas pelo modelo de FEG, e portanto foram correlacionados com a densidade de estados (DOS) em ambos os níveis ocupados e não ocupados destes metais. Para o caso do Gd, os dados experimentais foram estendidos em um intervalo de energia até alcançarem o pico de Bragg. A primeira parte desta tese foi publicada na Physical Review A 93 022704 (2016), e a segunda parte na Physical Review Letters 18 103401 (2017).

As técnicas baseadas em microfeixe de íons energéticos possuem aplicações em diferentes áreas de conhecimento, tais como materiais, biologia, neurociência, ciências ambientais, entre outros. A microssonda iônica também possui a capacidade de fabricar micro-estruturas com aplicações em biomateriais, micro-fotônica, micro-fluídica, membranas porosas e diversas outras. O Laboratório de Implantação Iônica do Instituto de Física (LII) da UFRGS (Universidade Federal do Rio Grande do Sul) conta com uma linha de microssonda iônica que dispõe de detectores para a realização de diversos tipos de experimentos: Emissão de RaiosX Induzida por Partículas (Particle Induced X-Ray Emission – PIXE), Espectroscopia de Espalhamento de Rutherford (Rutherford Backskattering Spectroscopy – RBS), Reação Nuclear (Nuclear Reaction Analysis – NRA) e Microscopia Iônica de Varredura por Transmissão (Scanning Transmission Ion Microscopy – STIM). Além disso, tem-se aperfeiçoado a técnica de micro-fabricação denominada Litografia por Feixe de Prótons (Proton Beam Writing – PBW), atualmente em substratos poliméricos. Este trabalho apresenta dois focos: um deles é a análise de fígado de peixe pela técnica de micro-PIXE. Estes fígados apresentam lesões associadas à exposição de contaminantes. Essas lesões são acompanhadas de células pigmentosas à base de metais chamadas de centros de melanomacrófagos. Observou-se que o fígado de peixe é uma amostra em potencial para estudos ambientais. Outro foco foi o estudo da técnica de STIM em películas poliméricas micro-fabricadas por PBW. Foram estudadas diferentes configurações geométricas para a técnica de STIM, bem como a utilização de feixes de H+1, He+2 e Li+3. Diferentes amostras foram preparadas, desde estruturas simples (possuindo apenas orifícios) até amostras multi-estruturadas do tipo degrau. As medidas de STIM foram comparadas com medidas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) de maneira a confirmar a viabilidade e confiabilidade dos estudos morfológicos das amostras em questão. A técnica de STIM se apresentou viável para o estudo morfológico de microestruturas fabricadas por microfeixe de íons em películas poliméricas, sendo que a melhor configuração é na geometria on-axis utilizando o íon He+2 que provê melhor resolução em energia, sem comprometer a resolução espacial. Em comparação com medidas de MEV, apresenta vantagens como maior rapidez, preservação da amostra e o poder de resolver estruturas enterradas na amostra. A similaridade entre as duas técnicas com relação às demais características faz do STIM uma excelente alternativa à mais comumente utilizada para diversas análises morfológicas de películas poliméricas. / Ion beam techniques have many applications in different areas such as materials, biology, neuroscience and environmental science among others. The ion microprobe has also the ability of fabricating microstructures with applications in the fields of biomaterials, micro-photonics, micro-fluidics, porous membranes and many others. The Ion Implantation Laboratory of the Physics Institute at UFRGS has a microprobe beamline equiped with detectors used in different techniques: Particle Induced X-Ray Emission (PIXE), Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS), Nuclear Reaction Analysis (NRA) and Scanning Transmission Ion Microscopy (STIM). Besides, its scanning capability makes allows the use of the micro-fabrication technique called Proton Beam Writing (PBW). Currently, this technique has been used to write micro-structures over polymers. Several projects are in progress for the development and improvement of such techniques, since the microbeam line is a recent acquisition by the laboratory. This work presents two guidelines: one of them is the analysis of fish liver through the micro-PIXE technique. These livers present injuries associated to the exposure of contaminants. The injuries are characterized by the presence of pigmented cells based on metals called melanomacrophage centers. It was observed that the fish liver is a promising sample for environmental studies. The other guideline is the study of the STIM technique on micro-fabricated polymer foils by PBW. Different geometric configurations for the STIM technique were explored, as well as the use of different ion beams (H+1, He+2 and Li+3). Different samples were prepared, ranging from simple structures (containing only one hole) to step-like multi-structured samples. STIM measurements were compared with Scanning Electron Microscopy (SEM) in order to confirm the viability and reliability of morphological studies of the samples under study. The STIM technique proved to be suitable for the morphological study of micro-structures fabricated by ion microbeam on polymeric foils. The best configuration is the on-axis geometry using He+2 beam, which provides the best energy resolution without compromising the spatial resolution. In comparison with SEM measurements, advantages such as speed of measurement, non-destructiveness and power of resolving buried structures of the sample were observed. Concerning other features, the similarities between the two techniques make STIM an excellent alternative for morphological analysis of polymeric foils.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-19T16:53:31Z No. of bitstreams: 1 humbertovargasduque.pdf: 4514345 bytes, checksum: 706c4aafb25bb9c14ffc14039c8c53d0 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-24T11:47:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 humbertovargasduque.pdf: 4514345 bytes, checksum: 706c4aafb25bb9c14ffc14039c8c53d0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-24T11:47:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 humbertovargasduque.pdf: 4514345 bytes, checksum: 706c4aafb25bb9c14ffc14039c8c53d0 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / O avanço dos estudos teóricos e experimentais dos processos de interação de radiações ionizantes com o DNA [1]–[7] demonstrou que estas radiações, ao interagirem com sistemas biológicos, podem levar à produção de um número significativo de elétrons secundários. Tais elétrons, por sua vez, ao realizarem colisões inelásticas com biomoléculas, as levam a estados excitados (estados vibracionais e eletrônicos) e à produção de estados ressonantes. Estudos recentes [1], [3], [6] reportam que estes processos têm a real capacidade de causar mutação celular ou necrose, devido à simples e dupla quebra da cadeia de DNA, possuindo, portanto, grande potencialidade danosa a qualquer tecido vivo. Com o intuito de entender melhor estas interações de elétrons de baixa energia com as espécies encontradas em sistemas biológicos, no presente trabalho utilizou-se a Espectroscopia de Perda de Energia de Elétrons para estudar as seções de choque diferenciais (SCD) e integrais (SCI). A região de energias de impacto utilizada foi capaz de promover excitação de níveis vibracionais do tetrahidrofurano (THF) e do álcool α-tetrahidrofurfuril (THFA - α-tetrahydrofurfuryl álcool) e bandas de Rydberg de estados eletrônicos do THFA. Estas espécies moleculares foram escolhidas por serem quimicamente análogas aos anéis de açúcar presentes na estrutura do fosfato-desoxirribose, constituintes do DNA, sendo THFA identificado recentemente, como uma melhor opção análoga à estrutura desoxirribose, quando comparado a sua espécie química semelhante, a molécula de THF. As energias de impacto de elétrons utilizadas para o THFA, foram de 20, 30, 40 e 50eV, enquanto o intervalo angular dos elétrons espalhados foi de 10°- 90°. Já para a molécula de THF, tais energias foram de 15, 20, 30 e 50eV, enquanto que os processos de espalhamento foram estudados na faixa angular de 15º - 90º. Nesse sentido, as SCD’s e SCI’s de THFA, apresentaram sutil diferença das obtidas por Khakoo et al. [8] para THF, em razão de suas propriedades físico-químicas diversas. A importância do momento de dipolo e polarizabilidade das moléculas nos espalhamentos de elétrons foi verificada, principalmente seus reflexos nas SCD’s para os baixos ângulos de espalhamento (≤30°). Foram utilizados, ainda, cálculos teóricos, realizados pela parte teórica deste grupo de pesquisa, para a comparação com os dados experimentais aqui apresentados, obtendo-se excelente concordância, o que levou a comprovação dos modelos utilizados. Ademais, realizou-se a revisão do trabalho de Garland et al. [9], o que demonstrou que a faixa de energia e os poucos modos vibracionais considerados em seu trabalho, derivados de Allan [10], deixam a desejar no que tange a completude dos estudos das propriedades de transporte. A apresentação do trabalho inclui primeiramente os embasamentos teóricos importantes para a análise dos dados obtidos e dos cálculos teóricos realizados. Posteriormente, é apresentado uma descrição do Espectrômetro de Perda de Energia de Elétrons utilizado e a estrutura de análise de dados. Por fim, são apresentados os dados experimentais e teóricos obtidos no trabalho e as discussões. Adicionalmente, é feita uma revisão do conjunto de dados de excitações de estados vibracionais do THF utilizados em outros estudos publicados na literatura, para a obtenção de propriedades de transporte de elétrons neste gás. / The progress of theoretical and experimental studies of ionizing radiation interaction processes with DNA [1]–[7] demonstrated that such radiation when interacting with biological systems can lead to the production of a significant number of secondary electrons. These electrons, in turn, carry the inelastic collisions with biomolecules, leading to the excited states (vibrational and electronic states) and the production of resonant states. Recent studies [1], [3], [6] report that those processes have the actual ability to cause cell mutation or necrosis, due to single and double break of the DNA chain, having therefore, great potential harmful to any living tissue. In order to better understand these interactions of low-energy electrons with the species found in biological systems, we used in this thesis the Electron Energy Loss Spectroscopy to study the differential (DCS) and integral cross sections (ICS). The region of impact energies used was able to promote excitation of vibrational levels of the tetrahydrofuran (THF) and α-tetrahydrofurfuryl alcohol (THFA), and bands of electronic Rydberg states of TFA. These molecular species were chosen because they are chemically similar to sugar rings present in phosphate-deoxyribose structure, DNA constituents, and the THFA recently identified as a best analogous option for deoxyribose structure, when compared to their similar chemical species, the THF molecule. The electron impact energies used for THFA, were 20, 30, 40 and 50eV, while the angular interval of the scattered electrons was 10 ° - 90 °. The THF molecule was studied for energies of 15, 20, 30 and 50eV, while scattering processes were studied in the angular range of 15º - 90º. In this sense, the DCS's and ICS's of THFA showed subtle difference from those obtained by Khakoo et al. [8] for THF, because of their different physical and chemical properties. The role of the dipole moment and polarizability of the molecules in the electron scattering process was observed, especially its effects on DCS's for low scattering angles (≤30 °). Theoretical calculations, carried out by the theoretical part of this research group, were used also in order to compare with the experimental data presented here, resulting in an excellent agreement, which led to confirmation of the models used. In addition, there was a review of work of Garland et al. [9], which has shown that the energy range and the few vibrational modes considered in their work, derived from Allan [10], were underestimating the role of vibrational excitation with respect to completion of studies of the transport properties. The presentation of this work firstly includes the important theoretical background for data analysis and theoretical calculations performed. Posteriorly, is presented a description of the Electron Energy Loss Spectrometer used and the data analysis framework applied. Finally, the experimental and theoretical data at work and discussions are presented. Additionally, is made a review of the set of vibrational states excitations data of THF used in other studies published in the literature for obtaining electron transport properties of this gas.

Usando a técnica de Retroespalhamento Rutherford (RBS). no presente trabalho medimos a perda de energia e a flutuação estatística da perda de energia (straggling) como função da energia para íons de Li em alvos de silicio amorfo. Através do método dos marcadores. com amostras produzidas por implantação iônica e por epitaxia de feixe molecular,o poder de freamento foi medido em um intervalo de energia entre 250keV e 9MeV enquanto que o straggling foi determinado em um intervalo que foi de 450keV a 3MeV. Os resultados experimentais foram comparados com medidas prévias e com cálculos semi-empiricos realizados por Ziegler. Biersack e Littmark e por Konac et el., sendo encontrado um razoável acordo teórico-experimental. Foram também realizados cálculos baseados nos modelos teóricos de Aproximação por Convolução Perturbativa (PCA) e Aproximação por Convolução Unitária (UCA) propostos por Grande e Schiwielz O modelo PCA apresentou resultados aceitáveis para energias acima de 6MeV enquanto que os valores apresentados pelo divergem dos valores experimentais para energias abaixo de 2MeV. As medidas de straggling quando comparados com as predições da teoria de Bohr mostraram discrepâncias que foram entre 20% e 60%. Cálculos feitos com a aproximação para encontros binários (BEA) usando-se a secção de choque de Thompsom e a secção de choque proposta no trabalho de Vriens foram comparados com as medidas experimentais. Os resultados usando-se a secção de choque de Thompsom divergem por até 50%, enquanto que os valores calculados a secção de choque proposta por Vriens mostram uma concordância razoável para energias abaixo de 1MeV.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-03-16T12:31:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_VazamentosRedeDistribuicao.pdf: 2520024 bytes, checksum: f93c7c454c7c83dce7845ec27160a8d5 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-20T11:48:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_VazamentosRedeDistribuicao.pdf: 2520024 bytes, checksum: f93c7c454c7c83dce7845ec27160a8d5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-20T11:48:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_VazamentosRedeDistribuicao.pdf: 2520024 bytes, checksum: f93c7c454c7c83dce7845ec27160a8d5 (MD5) Previous issue date: 2009-06-18 / Análise da estimativa de perdas de faturamento e de energia elétrica em decorrência de vazamento na rede de distribuição de água do 3º setor, gerenciado pela Companhia de Saneamento do Pará(COSANPA) na Região Metropolitana de Belém (RMB). A pesquisa foi realizada em 5(cinco) fases. Na fase 1 foi identificado o mês com maior ocorrência de vazamento no período de maio 2006 a abril de 2007, para detalhamento dessas ocorrências(local, diâmetro da rede e tempo de ocorrência de cada vazamento) na fase 2. Em seguida foram estimadas as vazões(fase 3) e os volumes perdidos(fase 4) na rede de distribuição de água do 3º setor. Finalmente na fase 5 foram estimadas as perdas de faturamento e de energia elétrica. Os resultados obtidos demonstram a necessidade de implantação de um programa de redução de perdas na rede de distribuição de água do 3º setor. O maior volume de água perdido ocorreu no mês de novembro de 2006, ocasionando perdas de faturamento de R$ 20.906,32 correspondente ao volume de 14.933,08 m3 e de energia elétrica no valor de R$ 477,80 corresponde a 2.389,93kWh. Com o trabalho foi possível constatar que os vazamentos na rede de distribuição do 3º setor prejudicam o desempenho do sistema e a receita da empresa. / Analysis of the estimate of losses billing of electric energy due the leak in the net of water distribution of the 3rd sector, managed by the Companhia de Saneamento do Pará (COSANPA) in the metropolitan region of Belém (RMB). The search was held done in 5 (five) stages. In the stage 1 was identified the month with major occurrence of leak in the period of May 2006 at Abril 2007, for detailing of the occurrences (local, diameter of the net and occurrence time of each leak) in the second phase. After it was estimated the flow (phase 3) and the volume lost (phase 4) in the net of water distribution of the 3rd sector. Finally in the phase 5 was estimated the losses of billing and electric energy. The results obtained show the necessities of deployment of a programme of reduction of losses in the net of water distribution of the 3rd sector. The greater volume of lost water occurred in the month of November 2006, causing loss of turnover of R$ 20.906,32 corresponding to the volume of 14.933,08 m3 and the electric energy on the value of R$477,80 correspond at 2.389,93kWh. With the work was possible see that the leaks in the net of water distribution of the 3rd sector damage the system performance and the revenue of the company.

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 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.

Orientador: Daniel Mário Ugarte / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T20:15:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tizei_LuizHenriqueGalvao_D.pdf: 12237887 bytes, checksum: e97ac7041ecfd4c30088cf9b43d9849a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O desenvolvimento de novos materias tem grande interesse devido à ocorrência de novos fenômenos e propriedades, as quais podem ser usadas em futuras aplicações tecnológicas. Em particular, nas últimas décadas, esforços imensos foram realizados buscando compreender nanomateriais e os efeitos da redução de tamanho e de dimensão. Entre os diferentes avanços alcançados, podemos citar o desenvolvimento significativo de nanofios semicondutores (estruturas quasi-unidimensionais) com dezenas ou centenas de nanometros de espessura e milhares de nanometros de comprimento. O método mais utilizado para o crescimento de nanofios é o método catalítico chamado VLS (Vapor-Líquido-Sólido), no qual uma nanopartícula metálica serve como sorvedouro preferencial de átomos de um vapor e, também, como posição para a formação de um sólido (nanofio). O VLS foi proposto por Wagner e Ellis nos anos 60. Em nossos trabalhos, nos concentramos no estudo de nanofios de semicondutores III-V crescidos em um reator de Epitaxia de Feixe Químico (CBE) catalisados por nanopartículas de Au. Mais especificamente, estudamos nanofios de InP, InAs, InGaP, InAsP e heteroestruturas InP/InAs/InP. Como a qualidade de interfaces e homogeneidade química do material crescido, influenciam diretamente as propriedades ópticas e elétricas de nanofios, nossa pesquisa nos levou a avaliar os limites da aplicação de diversas técnicas de microscopia eletrônica de transmissão aplicadas: TEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão), STEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão em Varredura), HRTEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução), EDS (Espectroscopia de Raios-X Dispersados em Energia) e EELS (Espectroscopia de Perda de Energia de Elétrons). Como consequência, determinamos os limites de detecção de variações químicas e de medidas de larguras de interfaces das diferentes técnicas. Em particular, devido às limitações impostas pelo dano por radiação no material, propusemos o uso de deslocamentos químicos de plasmons (EELS) para a caracterização química de nanoestruturas de semicondutores III-V. Desenvolvemos uma metodologia para a análise de seções transversais de nanofios de InAsP. Os experimentos realizados indicam a diferença entre os semicondutores produzidos por crescimento axial (catalítico) e por radial (bidimensional). Além disso, a análise química detalhada de heteroestruturas InP/InAs/InP levou a detecção de concentrações inesperados de As no segmento final de InP. Interpretamos esta observação como uma indicação de que As difunde através da nanopartícula catalisadora durante o crescimento, demonstrando uma rota de incorporação de elementos do grupo V em nanofios crescidos pelo método VLS. Finalmente, estudamos os efeitos de defeitos estruturais extendidos, como discordâncias na morfologia e distorções estruturais de nanofios. Neste sentido, observamos a torção de Eshelby em nanofios de InP contendo discordâncias em parafuso únicas. Nossos resultados mostram que as taxas de torção medida são muito maiores (até 100%) do que o previsto pela teoria elástica macroscópica. Isto mostra as mudanças significativas nas propriedades mecânicas e estruturais em nanoestruturas e ilustra o papel importante de estudos detalhados de microscopia eletrônica para a análise de deformações em nanoestruturas / Abstract: The development of new materials has great interest due to the possibility of finding new phenomena and properties, which can be used in technological applications. In particular, in the last decades, huge efforts have been made in order to understand nanomaterials and, the effects of size and dimensionality reduction. Among different advances, it is worth noting the significant development of semiconductor nanowires (quasi-one dimensional structures) with tens or hundreds of nanometers in diameter and thousands of nanometers in length. The catalytic method VLS (Vapor-Liquid-Solid) is the most used approach for nanowire preparation, in which a metal nanoparticle serves as a preferential sink for atoms from a vapor and, also, as the position for the solid nucleation; this method was proposed by Wagner and Ellis in the 60s. In our work, we have focused on the study of III-V semiconductor nanowires grown by Chemical Beam Epitaxy (CBE) catalyzed by Au nanoparticles. Specifically, we have studied different III-V nanowires (InP, InAs, InGaP and InAsP), as ell as, some heterostructured wires (InP/InAs/InP). As the quality of interfaces and the chemical homogeneity of materials directly influence the optical and electrical properties of nanowires, our research have led us to assess the limit of applicability of several characterization techniques based on transmission electron microscopy: TEM (Transmission Electron Microscopy), STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy), HRTEM (High Resolution Transmission Electron Microscopy), EDS (Energy Dispersed X-Ray Spectroscopy) and EELS (Electron Energy Loss Spectroscopy). As a consequence, we have determined the detection limit for the measurement of chemical composition variations and interface widths. In particular, due to the limitations imposed by radiation damage on III-V nanowires, we have proposed the use of Plasmon chemical shifts (EELS) to the chemical characterization of III-V nanostructures. We have analyzed the cross sections of InAsP nanowires and we have been able to reveal a difference between the semiconductors materials produced by the axial (catalytic) and radial (bidimensional) growth. Through the detailed chemical analysis of InP/InAs/InP heterostructures we have detected an unexpected concentration of As in the last InP segment of the heterostructure. We have interpreted this result as an indication that As diffuses through the catalytic nanoparticle during growth. This demonstrates an incorporation route for group V atoms in nanowires grown by VLS. Finally, we have studied the effects of extended structural defects, like dislocations, in the morphology and structural distortions of nanowires. In this sense, we have observed the Eshelby twist in InP nanowires containing a single screw dislocation. Our results show that measured twist rates are much larger (up to 100%) than the predictions from the elasticity theory. This shows the significant change of mechanical and structural properties in nanoscale and, illustrates the important role of a careful electron microscopy studies to analyze deformations in nanostructures / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-10T14:00:21Z No. of bitstreams: 1 humbertovargasduque (1).pdf: 2897920 bytes, checksum: 904a8ff36edd0079149dfe6e3be69aed (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Favor corrigir: Membro da banca: Filho, Jayr de Amorim on 2018-01-23T11:49:04Z (GMT) / Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-23T13:12:19Z No. of bitstreams: 1 humbertovargasduque (1).pdf: 2897920 bytes, checksum: 904a8ff36edd0079149dfe6e3be69aed (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Favor verificar nome do arquivo, existe o número (1) humbertovargasduque (1).pdf on 2018-01-23T13:14:55Z (GMT) / Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-23T13:22:21Z No. of bitstreams: 1 humbertovargasduque.pdf: 2897920 bytes, checksum: 904a8ff36edd0079149dfe6e3be69aed (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-24T13:40:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 humbertovargasduque.pdf: 2897920 bytes, checksum: 904a8ff36edd0079149dfe6e3be69aed (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-24T13:40:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 humbertovargasduque.pdf: 2897920 bytes, checksum: 904a8ff36edd0079149dfe6e3be69aed (MD5) Previous issue date: 2012-06-19 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho consiste no desenvolvimento, implantação e caracterização de um Analisador Cilíndrico Dispersivo 1270 em um Espectrômetro de Perda de Energia de Elétrons (EPEE) operando na região de energia de impacto de 10 a 200 eV, que está sendo desenvolvido no Laboratório de Espectroscopia Atômica e Molecular – LEAM da UFJF. Além do analisador, foram também desenvolvidos diversos trabalhos para otimização do circuito de controle do canhão de elétrons monocromatizado do EPEE, o que gerou ótima estabilidade, acarretando em um ganho considerável em intensidade do feixe produzido e melhoria no manuseio do mesmo. É descrito a implementação da variação angular da plataforma giratória que apóia o Analisador Cilíndrico Dispersivo 1270, bem como a medida desta variação, e também, do sistema de injeção do feixe gasoso através de uma cânula de molibidênio isolada eletricamente, com movimento verticalem relação ao disco onde estão instalados o canhão e analisador. Os testes de desempenho do Espectrômetro foram feitos a partir da análise da resolução de Energia ΔE do EPEE. Obtivemos ótimos resultados quanto a transmissão do feixe de elétrons monocromatizado através da região de colisão chegando até a região de detecção do espectrômetro. É descrito, também, uma avaliação das melhorias feitas no Circuito de Controle do Canhão de Elétrons Monocromatizado, obtendo excelentes resultados quanto a intensidade do feixe de elétrons na faixa de energia de 0,1-100 eV. / This work describes the development, implementation and characterization of a Cylindrical Dispersive Analyzer 1270 on a Electron Energy Loss Spectrometer (EELS) operating in the region of impact energy from 10 to 200eV, which is being developed at the Laboratory of Atomic Spectroscopy and Molecular – LEAM UFJF. In the analyzer, several studies have also been developed to optimize the control circuit of the monochromatized electron gun of the EELS, which generated great stability, resulting in a considerable gain in intensity of the beam produced and improved handling. We describe the implementation of the angular variation of the turntable that supports the Cylindrical Dispersive Analyzer 1270, and the measure of variation, and also injection system of the gas through a beam cannula molybdenum electrically isolated, with vertical movement relative to disk where the monochromatized electron gun and the energy analyzer of electrons are installed. Performance tests of the spectrometer were made from the analysis of the energy resolution ΔE of the EELS. We obtained excellent results about transmission of the electron beam across the monochromatization region collision reaching the detection region of the spectrometer. We describe also an assessment of the improvements made in the Control Circuit of the Monochromatized Electron Gun, obtaining excellent results for the intensity of the electron beam in the energy range 0.1-100 eV.