Orientador: Carmem Maria Andreazza / Banca: Amaury Augusto de Almeida / Banca: Emanuel Fernandes de Lima / Resumo: Compostos contendo alumínio foram observados em envelopes de estrelas em estágios avançados de evolução. Os principais processos químicos responsáveis pela formação dessas espécies em tais ambientes são pobremente conhecidos. Um dos possíveis mecanismos de formação é a associação radiativa, cujos coeficientes de taxa de formação são desconhecidos. Nesse sentido, foram calculados os coeficientes de taxa de formação dos compostos AlO, AlF, AlCl e AlN. Para tanto, foi utilizado o método semi-clássico de Bates, aplicado a colisões que envolvem reagentes pesados. Dentre os compostos analisados, a formação do AlF por associação radiativa tende a ser mais rápido que a dos demais, enquanto que a formação do AlN é a mais lenta / Abstract: Aluminum-containing compounds were observed in envelopes of stars in advanced stages of evolution. The main chemical processes responsible for formation of these species in such environments are poorly known. One possible formation mechanism is the radiative association, whose rate coefficients of formation are unknown. Accordingly, we calculated the rate coefficients of formation of AlO, AlF, AlCl and AlN compounds. For this purpose, we used Bates semi-classical method, applied to collisions involving heavy reagents. Among the compounds analyzed, the formation of AlF by radiative association tends to be faster than the others, while the formation of AlN is the slowest / Mestre

Orientador: Carola Dobrigkeit Chinellato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-28T02:47:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Perles_LuisAugusto_M.pdf: 1248295 bytes, checksum: 6cd75720bf40b787ab7f86ea6ca15b5b (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Nesta dissertação de mestrado apresentamos o estudo sobre uma técnica de convolução para o cálculo da distribuição da dose de radiação usada em teleterapia. Este método decompõe em três parcelas a distribuição da energia absorvida pelo meio: uma devida à dose do espalhamento primário, uma devida à dose do espalhamento secundário e uma terceira, devida aos espalhamentos de ordens superiores. Mostramos todo o desenvolvimento teórico do método de cálculo da dose de radiação por convoluções para meios homogêneos e heterogêneos, onde os tecidos moles são tratados todos como tendo a mesma seção de choque que a água. As heterogeneidades são tratadas como de densidades diferentes da água, porém com a mesma seção de choque da água. As funções de transporte de elétrons e fótons foram simuladas no EGS4. Fizemos os cálculos para a energia do 60Co e os resultados apresentaram uma boa concordância quando comparados a resultados experimentais e simulados para campos de até 10 x 10 cm2 a uma profundidade de 26 cm. Com o aumento das dimensões do campo, a profundidade em que há confiabilidade reduz-se. Este fato se deve ao espaço limitado em que o programa EGS4 realiza as simulações dos transportes de fótons de altas ordens de espalhamento. O programa desenvolvido para o cálculo da distribuição de dose de radiação nesta tese tem por objetivo servir de base para outros estudos e pesquisas relativas à aplicação deste método e também poderá ser usado no dia-a-dia da radioterapia após os devidos testes de confiabilidade / Abstract: In this thesis we have applied the convolution techniques to calculate the three dimensional (3D) dose distribution to be used in teletherapy. The convolution method spans the total dose in three parts: one due to the energy released by charged particles produced at the first collisions, one due to the energy released by the first scattered photons, and the last one due to photons of higher order scattering. We have shown up the theoretical development for homogeneous and inhomogeneous media. Cross sections of tissues have been approximated to water like. Heterogeneities are supposed to have the same cross sections as water and their densities have been treated as weight for the dose computations. Electron and photon functions were simulated in a previous step using EGS4. We have done the calculations for 60Co energy and the results have shown good agreement with experimental data sets for .elds less than 10 x 10 cm2 at 26 cm depth. For larger fields the depth of agreement was reduced. We have associated this fact to the limitation of simulation steps, during transport of photons of higher order scattering. The aim of the software developed to calculate the radiation dose distribution in this thesis is to be the basis for other studies and researches related. The appliance in radiotherapy routine will be evaluated after confiability tests / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador : Marcio Luiz de Souza-Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T09:25:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rabi_JoseAntonio_D.pdf: 7253159 bytes, checksum: 71c2f61bc874e3a5882585debfe4d689 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Nos últimos 25 anos, um modelo matemático abrangente e o correspondente programa computacional têm sido melhorados e testados para simular a operação em regime permanente de equipamentos de leito fluidizado. Apesar do sucesso, as trocas de calor por radiação têm sido tratadas de modo simplificado. Para temperaturas elevadas, a radiação térmica se toma um modo importante de troca de calor e o modelo original poderia gerar imprecisões acima das aceitáveis. Este trabalho procurou aprimorar o modelo para as trocas de calor por radiação entre as partículas aplicando o Método de Dois-Fluxos a um particulado polidisperso não-homogêneo em equilíbrio radiativo. Os gases foram considerados transparentes à radiação. As novas equações foram incorporadas ao programa de simulação, que foi testado contra a operação real de dois reatores de leito fluidizado: uma caldeira a carvão e um gaseificador a madeira. Resultados numéricos a partir da nova versão foram comparados com aqueles obtidos pela versão anterior do simulador e com dados experimentais reais. Atenção foi dada aos perfis de temperatura de cada sólido, às taxas de trocas de calor por radiação entre eles e a parâmetros de performance do equipamento. Melhorias relacionadas à incorporação do Modelo de Dois-Fluxos foram avaliadas e discutidas / Abstract: Over the last 25 years, a comprehensive mathematical model and its corresponding computational program has been continuously improved and tested to simulate steady-state operations of bubbling fluidized-bed equipments. Despite its success, the simulator has employed a simple approach for the radiative heat transfers. When high temperatures are achieved, thermal radiation becomes an important energy transfer mode and the original model could lead to deviations above acceptable levels. The purpose of the present work was to improve the model for the radiative heat transfers between alI particles by applying a Two-Flux Method to a nonhomogeneous polydispersed particulate media in radiative equilibrium. Gases were assumed transparent to thermal radiation. The new set of equations was incorporated to the simulation program, which was tested against real operation of two different fluidized-bed reactors: a coalfed boiler and a wood-fed gasifier. Numerical results from that new version were compared with those from the previous simulator version and also with real operational data. Special attention was paid to the temperature profiles of each solid, to the radiative heat transfer rates between them and to some equipment performance parameters. Improvements related to the incorporation of the Two-Flux Model were assessed and discussed. / Doutorado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A formulação explícita matricial desenvolvida nesta tese de doutorado foi proposta visando ser uma alternativa na solução de Problemas Inversos de estimativa de propriedades radiativas em meios participantes homogêneos unidimensionais usando a Equação de Transferência Radiativa para modelar a interação da radiação com o meio participante. A equação de transporte é formulada em forma matricial e o domínio angular é discretizado usando conceitos do método de ordenadas discretas e a expansão da função de fase do espalhamento anisotrópico em uma série de polinômios de Legendre. A formulação proposta consiste em uma formulação explícita para o problema inverso. Um arranjo apropriado das condições de contorno prescritas (fluxos incidentes) e dos fluxos emergentes nos contornos de uma placa permitem o cálculo direto do operador de transmissão, do operador albedo e do operador de colisão. A partir do operador de colisão calculado são obtidos os valores estimados dos coeficientes de extinção total e de espalhamento. São apresentadas as formulações para problemas em regime estacionário e em regime transiente, bem como os resultados para alguns casos-teste. / The explicit matrix formulation developed in the present thesis has been proposed as an alternative for the solution of Inverse Problems for radiative properties estimation in one-dimensional homogeneous participating media using Radiative transfer equation for the modeling of the radiation interaction with the participating medium. This transport equation is formulated in a matrix form and the angular domain is discretized using concepts of the discrete ordinates methods and the expansion of the function of phase function of anisotropic scattering in a series of Legendre polynomial. The formulation proposed consists on an explicit formulation for the inverse problem. An adequate assembly of the prescribed boundary conditions (incidents flux) and of the emerging flux at the boundaries of the slab allows the direct computation of the transmission, albedo and collision operators. From the computed collision operator estimated values for total extinction and scattering coefficients are obtained. The formulations for steady state and transient situations are presented, as well as test case results.

Nesta tese é proposta uma implementação para a solução do problema inverso com as estimativas das propriedades radiativas (o albedo de espalhamento simples, a espessura ótica do meio e as reflectividades difusas) a partir dos valores das intensidades de radiação que deixam o meio participante utilizando uma abordagem híbrida de sistemas neuro-fuzzy (SNF), o qual combina a utilização de sistemas de inferência fuzzy com as redes neurais artificiais. Busca-se com a utilização desse sistema híbrido integrar a habilidade dos sistemas fuzzy no tratamento de informações inexatas, imprecisas, e vagas, e a capacidade das redes neurais artificiais de tratar o aprendizado por experiência e a generalização do conhecimento. É proposta também uma metodologia de máquinas de comitês neuro-fuzzy na solução deste problema inverso em transferência radiativa. Foi observado paralelamente que a solução dos sistemas neuro-fuzzy e dos sistemas híbridos de máquinas de comitê neuro-fuzzy, apresentam baixa qualidade nos resultados quando são utilizados os dados experimentais com os menores coeficientes de sensibilidade para os parâmetros que serão estimados. Por outro lado, quando são utilizados dados com maior sensibilidade, são obtidos melhores resultados. Esta abordagem procura evitar a possibilidade da não convergência desses métodos. / In this thesis is proposed an implementation for solving the inverse problem with the estimates of radiative properties (the single scattering albedo, the optical thickness of the media and the diffuse reflectivities) by the values of the intensities of radiation that leaves the participant medium using a hybrid approach of neuro-fuzzy systems, which combines the use of fuzzy inference systems with artificial neural networks. The use of this hybrid system try to include the ability of fuzzy systems in the treatment of inaccurate, imprecise, and vague data, and the ability of artificial neural networks to deal with learning from experience and widespread knowledge. Also is proposed a methodology for machines committees in neuro-fuzzy solution of this inverse problem in radiative transfer. It was observed in parallel that the solution of neuro-fuzzy systems and hybrid systems neuro-fuzzy committee machines, have a poor quality results when using the experimental data with the lowest sensitivity coefficients for the parameters that will be estimated. Moreover, when data are used with greater sensitivity, better results are obtained. This approach seeks to avoid the possibility of non-convergence in such methods.

Este trabalho fundamenta-se no conceito de máquina de comitê de redes neurais artificiais e tem por objetivo resolver o problema inverso de transferência radiativa em um meio unidimensional, homogêneo, absorvedor e espalhador isotrópico. A máquina de comitê de redes neurais artificiais agrega e combina o conhecimento adquirido por um certo número de especialistas aqui representados, individualmente, por cada uma das redes neurais artificiais (RNA) que compõem a máquina de comitê de redes neurais artificiais. O objetivo é atingir um resultado final melhor do que o obtido por qualquer rede neural artificial separadamente, selecionando-se apenas àquelas redes neurais artificiais que apresentam os melhores resultados na fase de generalização descartando-se as demais, o que foi feito neste trabalho. Aqui são utilizados dois modelos estáticos de máquinas de comitê, usando a média aritmética de conjunto, que se diferenciam entre si apenas na composição do combinador de saída de cada máquina de comitê. São obtidas, usando-se máquinas de comitê de redes neurais artificiais, estimativas para os parâmetros de transferência radiativa, isto é, a espessura óptica do meio, o albedo de espalhamento simples e as refletividades difusas. Finalmente, os resultados obtidos com ambos os modelos de máquina de comitê são comparados entre si e com aqueles encontrados usando-se apenas redes neurais artificiais do tipo perceptrons de múltiplas camadas (MLP), isoladamente. Aqui essas redes neurais artificiais são denominadas redes neurais especialistas, mostrando que a técnica empregada traz melhorias de desempenho e resultados a um custo computacional relativamente baixo. / This work is based on the concept of neural networks committee machine and has the objective to solve the inverse radiative transfer problem in one-dimensional, homogeneous, absorbing and isotropic scattering media. The artificial neural networks committee machine adds and combines the knowledge acquired by an exact number of specialists which are represented, individually, by each one of the artificial neural networks (ANN) that composes the artificial neural network committee machine. The aim is to reach a final result better than the one obtained by any of the artificial neural network separately, selecting only those artificial neural networks that presents the best results during the generalization phase and discarding the others, what was done in this present work. Here are used two static models of committee machines, using the ensemble arithmetic average, that differ between themselves only by the composition of the output combinator by each one of the committee machine. Are obtained, using artificial neural networks committee machines, estimates for the radiative transfer parameters, that is, medium optical thickness, single scattering albedo and diffuse reflectivities. Finally, the results obtained with both models of committee machine are compared between themselves and with those found using artificial neural networks type multi-layer perceptrons (MLP), isolated. Here that artificial neural networks are named as specialists neural networks, showing that the technique employed brings performance and results improvements with relatively low computational cost.

Esta tese apresenta um estudo sobre modelagem computacional onde são aplicadas meta-heurísticas de otimização na solução de problemas inversos de transferência radiativa em meios unidimensionais com albedo dependente da variável óptica, e meios unidimensionais de duas camadas onde o problema inverso é tratado como um problema de otimização. O trabalho aplica uma meta-heurística baseada em comportamentos da natureza conhecida como algoritmo dos vagalumes. Inicialmente, foram feitos estudos comparativos de desempenho com dois outros algoritmos estocásticos clássicos. Os resultados encontrados indicaram que a escolha do algoritmo dos vagalumes era apropriada. Em seguida, foram propostas outras estratégias que foram inseridas no algoritmo dos vagalumes canônico. Foi proposto um caso onde se testou e investigou todas as potenciais estratégias. As que apresentaram os melhores resultados foram, então, testadas em mais dois casos distintos. Todos os três casos testados foram em um ambiente de uma camada, com albedo de espalhamento dependente da posição espacial. As estratégias que apresentaram os resultados mais competitivos foram testadas em um meio de duas camadas. Para este novo cenário foram propostos cinco novos casos de testes. Os resultados obtidos, pelas novas variantes do algoritmo dos vagalumes, foram criticamente analisados. / This thesis presents a study on computational modeling where optimization metaheuristics are applied to the solution of inverse radiative transfer problems in heterogeneous media: in one-layer media with space-dependent single scattering albedo, and two-layer media, where the inverse problem is formulated as an optimization problem. It is applied a metaheuristic based on the natural behavior of fireflies, known as the firefly algorithm. Initially, comparative studies of performance were made with two other classic stochastic algorithms. The results indicated that the choice of the firefly algorithm was appropriate. Then, it was proposed other strategies that have been inserted into the original firefly algorithm. A first case was proposed where all the strategies were investigated and tested. The strategies with the best results were investigated in other two different cases. All the three proposed cases involved one-layer media with space-dependent scattering albedo. The strategies have been tested and evaluated, and those which presented the best competitive results were then implemented for radiative problems in two-layer media. For this new scenario five test cases were investigated, and the results obtained with the new strategies developed in this work were critically analyzed.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A formulação explícita matricial desenvolvida nesta tese de doutorado foi proposta visando ser uma alternativa na solução de Problemas Inversos de estimativa de propriedades radiativas em meios participantes homogêneos unidimensionais usando a Equação de Transferência Radiativa para modelar a interação da radiação com o meio participante. A equação de transporte é formulada em forma matricial e o domínio angular é discretizado usando conceitos do método de ordenadas discretas e a expansão da função de fase do espalhamento anisotrópico em uma série de polinômios de Legendre. A formulação proposta consiste em uma formulação explícita para o problema inverso. Um arranjo apropriado das condições de contorno prescritas (fluxos incidentes) e dos fluxos emergentes nos contornos de uma placa permitem o cálculo direto do operador de transmissão, do operador albedo e do operador de colisão. A partir do operador de colisão calculado são obtidos os valores estimados dos coeficientes de extinção total e de espalhamento. São apresentadas as formulações para problemas em regime estacionário e em regime transiente, bem como os resultados para alguns casos-teste. / The explicit matrix formulation developed in the present thesis has been proposed as an alternative for the solution of Inverse Problems for radiative properties estimation in one-dimensional homogeneous participating media using Radiative transfer equation for the modeling of the radiation interaction with the participating medium. This transport equation is formulated in a matrix form and the angular domain is discretized using concepts of the discrete ordinates methods and the expansion of the function of phase function of anisotropic scattering in a series of Legendre polynomial. The formulation proposed consists on an explicit formulation for the inverse problem. An adequate assembly of the prescribed boundary conditions (incidents flux) and of the emerging flux at the boundaries of the slab allows the direct computation of the transmission, albedo and collision operators. From the computed collision operator estimated values for total extinction and scattering coefficients are obtained. The formulations for steady state and transient situations are presented, as well as test case results.

Nesta tese é proposta uma implementação para a solução do problema inverso com as estimativas das propriedades radiativas (o albedo de espalhamento simples, a espessura ótica do meio e as reflectividades difusas) a partir dos valores das intensidades de radiação que deixam o meio participante utilizando uma abordagem híbrida de sistemas neuro-fuzzy (SNF), o qual combina a utilização de sistemas de inferência fuzzy com as redes neurais artificiais. Busca-se com a utilização desse sistema híbrido integrar a habilidade dos sistemas fuzzy no tratamento de informações inexatas, imprecisas, e vagas, e a capacidade das redes neurais artificiais de tratar o aprendizado por experiência e a generalização do conhecimento. É proposta também uma metodologia de máquinas de comitês neuro-fuzzy na solução deste problema inverso em transferência radiativa. Foi observado paralelamente que a solução dos sistemas neuro-fuzzy e dos sistemas híbridos de máquinas de comitê neuro-fuzzy, apresentam baixa qualidade nos resultados quando são utilizados os dados experimentais com os menores coeficientes de sensibilidade para os parâmetros que serão estimados. Por outro lado, quando são utilizados dados com maior sensibilidade, são obtidos melhores resultados. Esta abordagem procura evitar a possibilidade da não convergência desses métodos. / In this thesis is proposed an implementation for solving the inverse problem with the estimates of radiative properties (the single scattering albedo, the optical thickness of the media and the diffuse reflectivities) by the values of the intensities of radiation that leaves the participant medium using a hybrid approach of neuro-fuzzy systems, which combines the use of fuzzy inference systems with artificial neural networks. The use of this hybrid system try to include the ability of fuzzy systems in the treatment of inaccurate, imprecise, and vague data, and the ability of artificial neural networks to deal with learning from experience and widespread knowledge. Also is proposed a methodology for machines committees in neuro-fuzzy solution of this inverse problem in radiative transfer. It was observed in parallel that the solution of neuro-fuzzy systems and hybrid systems neuro-fuzzy committee machines, have a poor quality results when using the experimental data with the lowest sensitivity coefficients for the parameters that will be estimated. Moreover, when data are used with greater sensitivity, better results are obtained. This approach seeks to avoid the possibility of non-convergence in such methods.

Este trabalho fundamenta-se no conceito de máquina de comitê de redes neurais artificiais e tem por objetivo resolver o problema inverso de transferência radiativa em um meio unidimensional, homogêneo, absorvedor e espalhador isotrópico. A máquina de comitê de redes neurais artificiais agrega e combina o conhecimento adquirido por um certo número de especialistas aqui representados, individualmente, por cada uma das redes neurais artificiais (RNA) que compõem a máquina de comitê de redes neurais artificiais. O objetivo é atingir um resultado final melhor do que o obtido por qualquer rede neural artificial separadamente, selecionando-se apenas àquelas redes neurais artificiais que apresentam os melhores resultados na fase de generalização descartando-se as demais, o que foi feito neste trabalho. Aqui são utilizados dois modelos estáticos de máquinas de comitê, usando a média aritmética de conjunto, que se diferenciam entre si apenas na composição do combinador de saída de cada máquina de comitê. São obtidas, usando-se máquinas de comitê de redes neurais artificiais, estimativas para os parâmetros de transferência radiativa, isto é, a espessura óptica do meio, o albedo de espalhamento simples e as refletividades difusas. Finalmente, os resultados obtidos com ambos os modelos de máquina de comitê são comparados entre si e com aqueles encontrados usando-se apenas redes neurais artificiais do tipo perceptrons de múltiplas camadas (MLP), isoladamente. Aqui essas redes neurais artificiais são denominadas redes neurais especialistas, mostrando que a técnica empregada traz melhorias de desempenho e resultados a um custo computacional relativamente baixo. / This work is based on the concept of neural networks committee machine and has the objective to solve the inverse radiative transfer problem in one-dimensional, homogeneous, absorbing and isotropic scattering media. The artificial neural networks committee machine adds and combines the knowledge acquired by an exact number of specialists which are represented, individually, by each one of the artificial neural networks (ANN) that composes the artificial neural network committee machine. The aim is to reach a final result better than the one obtained by any of the artificial neural network separately, selecting only those artificial neural networks that presents the best results during the generalization phase and discarding the others, what was done in this present work. Here are used two static models of committee machines, using the ensemble arithmetic average, that differ between themselves only by the composition of the output combinator by each one of the committee machine. Are obtained, using artificial neural networks committee machines, estimates for the radiative transfer parameters, that is, medium optical thickness, single scattering albedo and diffuse reflectivities. Finally, the results obtained with both models of committee machine are compared between themselves and with those found using artificial neural networks type multi-layer perceptrons (MLP), isolated. Here that artificial neural networks are named as specialists neural networks, showing that the technique employed brings performance and results improvements with relatively low computational cost.