Com a disponibilidade de feixes instáveis, o interesse em núcleos longe do vale de estabilidade cresceu consideravelmente e abriu novas possibilidades na Física Nuclear. Um exemplo importante é o processo de fusão de núcleos exóticos, um mecanismo mais complexo do que a reação de fusão usual entre núcleos fortemente ligados. No primeiro caso há a possibilidade de quebra do projétil, podendo levar à fusão incompleta, onde um ou mais, porém não todos, os fragmentos do projétil são absorvidos pelo alvo enquanto parte da carga do projétil escapa da região de interação. Também pode ocorrer a absorção sequencial dos fragmentos, produzindo o mesmo núcleo composto de uma reação direta. O entendimento dessa diversidade de processos pode fornecer informações importantes sobre propriedades nucleares. No presente trabalho, estudamos um procedimento semi-clássico que considera a possibilidade de fusão incompleta, fusão completa direta e fusão completa sequencial, baseada nos trabalhos das Referências, que estudam a colisão 6Li + 209Bi e apresentam bom acordo com resultados experimentais. O desenvolvimento de um código simples, porém eficiente, que possibilite o uso deste procedimento semi-clássico pela comunidade científica é de grande importância, uma vez que sua aplicação a uma vasta gama de problemas possibilitará melhor entendimento dos diferentes mecanismos envolvidos em reações com núcleos exóticos. Neste trabalho estudamos as colisões dos projéteis 10,11Be no alvo 209Bi, um sistema que nunca foi estudado com o modelo semi-clássico. O objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de tal código para o estudo da fusão de núcleos fracamente ligados e torná-lo disponível à comunidade da Física Nuclear através de uma base de programas científicos. / With the availability of unstable beams, the interest in nuclei far from the stability valley has grown considerably and has opened new possibilities in Nuclear Physics. An important example is the fusion process of exotic nuclei, which is a much more complex mechanism than the usual fusion process that takes place between strongly bound nuclei. In the former situation there is the possibility of projectile breakup, leading to incomplete fusion, where one or more, but not all, of the breakup fragments are absorbed by the target whereas part of the projectile’s charge escapes the interaction region. It can also happens that all the projectile’s fragments are sequentially absorbed by the target, producing the same coumpound nucleus as in the case of direct fusion. The understanding of this diversity of processes can provide important information on the properties of nuclei. In the present work, we study a semiclassical procedure that takes into account the possibility of incomplete fusion, direct complete fusion and sequential complete fusion, based on References that study the collision 6Li + 209Bi and show good agreement with experimental data. The development of a simple, yet efficient code that enables the scientific community to use this semiclassical procedure is of great significance, since its application to a variety of systems will allow a better understanding of the different mechanisms involved in reactions with exotic nuclei. In this work we have studied the collisions of the projectiles 10,11Be in the target 209Bi, a system never studied with the semi-classical model before. The purpose of this dissertation is the development of such a code to study the fusion process of weakly bound nuclei and make it available to the Nuclear Physics community through a repository of scientific computer programs.

Com a disponibilidade de feixes instáveis, o interesse em núcleos longe do vale de estabilidade cresceu consideravelmente e abriu novas possibilidades na Física Nuclear. Um exemplo importante é o processo de fusão de núcleos exóticos, um mecanismo mais complexo do que a reação de fusão usual entre núcleos fortemente ligados. No primeiro caso há a possibilidade de quebra do projétil, podendo levar à fusão incompleta, onde um ou mais, porém não todos, os fragmentos do projétil são absorvidos pelo alvo enquanto parte da carga do projétil escapa da região de interação. Também pode ocorrer a absorção sequencial dos fragmentos, produzindo o mesmo núcleo composto de uma reação direta. O entendimento dessa diversidade de processos pode fornecer informações importantes sobre propriedades nucleares. No presente trabalho, estudamos um procedimento semi-clássico que considera a possibilidade de fusão incompleta, fusão completa direta e fusão completa sequencial, baseada nos trabalhos das Referências, que estudam a colisão 6Li + 209Bi e apresentam bom acordo com resultados experimentais. O desenvolvimento de um código simples, porém eficiente, que possibilite o uso deste procedimento semi-clássico pela comunidade científica é de grande importância, uma vez que sua aplicação a uma vasta gama de problemas possibilitará melhor entendimento dos diferentes mecanismos envolvidos em reações com núcleos exóticos. Neste trabalho estudamos as colisões dos projéteis 10,11Be no alvo 209Bi, um sistema que nunca foi estudado com o modelo semi-clássico. O objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de tal código para o estudo da fusão de núcleos fracamente ligados e torná-lo disponível à comunidade da Física Nuclear através de uma base de programas científicos. / With the availability of unstable beams, the interest in nuclei far from the stability valley has grown considerably and has opened new possibilities in Nuclear Physics. An important example is the fusion process of exotic nuclei, which is a much more complex mechanism than the usual fusion process that takes place between strongly bound nuclei. In the former situation there is the possibility of projectile breakup, leading to incomplete fusion, where one or more, but not all, of the breakup fragments are absorbed by the target whereas part of the projectile’s charge escapes the interaction region. It can also happens that all the projectile’s fragments are sequentially absorbed by the target, producing the same coumpound nucleus as in the case of direct fusion. The understanding of this diversity of processes can provide important information on the properties of nuclei. In the present work, we study a semiclassical procedure that takes into account the possibility of incomplete fusion, direct complete fusion and sequential complete fusion, based on References that study the collision 6Li + 209Bi and show good agreement with experimental data. The development of a simple, yet efficient code that enables the scientific community to use this semiclassical procedure is of great significance, since its application to a variety of systems will allow a better understanding of the different mechanisms involved in reactions with exotic nuclei. In this work we have studied the collisions of the projectiles 10,11Be in the target 209Bi, a system never studied with the semi-classical model before. The purpose of this dissertation is the development of such a code to study the fusion process of weakly bound nuclei and make it available to the Nuclear Physics community through a repository of scientific computer programs.

Com a disponibilidade de feixes instáveis, o interesse em núcleos longe do vale de estabilidade cresceu consideravelmente e abriu novas possibilidades na Física Nuclear. Um exemplo importante é o processo de fusão de núcleos exóticos, um mecanismo mais complexo do que a reação de fusão usual entre núcleos fortemente ligados. No primeiro caso há a possibilidade de quebra do projétil, podendo levar à fusão incompleta, onde um ou mais, porém não todos, os fragmentos do projétil são absorvidos pelo alvo enquanto parte da carga do projétil escapa da região de interação. Também pode ocorrer a absorção sequencial dos fragmentos, produzindo o mesmo núcleo composto de uma reação direta. O entendimento dessa diversidade de processos pode fornecer informações importantes sobre propriedades nucleares. No presente trabalho, estudamos um procedimento semi-clássico que considera a possibilidade de fusão incompleta, fusão completa direta e fusão completa sequencial, baseada nos trabalhos das Referências, que estudam a colisão 6Li + 209Bi e apresentam bom acordo com resultados experimentais. O desenvolvimento de um código simples, porém eficiente, que possibilite o uso deste procedimento semi-clássico pela comunidade científica é de grande importância, uma vez que sua aplicação a uma vasta gama de problemas possibilitará melhor entendimento dos diferentes mecanismos envolvidos em reações com núcleos exóticos. Neste trabalho estudamos as colisões dos projéteis 10,11Be no alvo 209Bi, um sistema que nunca foi estudado com o modelo semi-clássico. O objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de tal código para o estudo da fusão de núcleos fracamente ligados e torná-lo disponível à comunidade da Física Nuclear através de uma base de programas científicos. / With the availability of unstable beams, the interest in nuclei far from the stability valley has grown considerably and has opened new possibilities in Nuclear Physics. An important example is the fusion process of exotic nuclei, which is a much more complex mechanism than the usual fusion process that takes place between strongly bound nuclei. In the former situation there is the possibility of projectile breakup, leading to incomplete fusion, where one or more, but not all, of the breakup fragments are absorbed by the target whereas part of the projectile’s charge escapes the interaction region. It can also happens that all the projectile’s fragments are sequentially absorbed by the target, producing the same coumpound nucleus as in the case of direct fusion. The understanding of this diversity of processes can provide important information on the properties of nuclei. In the present work, we study a semiclassical procedure that takes into account the possibility of incomplete fusion, direct complete fusion and sequential complete fusion, based on References that study the collision 6Li + 209Bi and show good agreement with experimental data. The development of a simple, yet efficient code that enables the scientific community to use this semiclassical procedure is of great significance, since its application to a variety of systems will allow a better understanding of the different mechanisms involved in reactions with exotic nuclei. In this work we have studied the collisions of the projectiles 10,11Be in the target 209Bi, a system never studied with the semi-classical model before. The purpose of this dissertation is the development of such a code to study the fusion process of weakly bound nuclei and make it available to the Nuclear Physics community through a repository of scientific computer programs.

A presente dissertação contempla o desenvolvimento e validação de um aplicativo para efetuar simulações de hadronterapia. Este aplicativo foi empregado no estudo das reações nucleares de fragmentação que ocorrem para as energias e partículas envolvidas no tratamento. Estas reações representam a chave para o planejamento, tratamento, e pós-análise de precisão. Inicialmente é realizada uma revisão a respeito do tratamento de tumores profundos utilizando prótons e íons. Os aspectos físicos, biológicos e técnicos da utilização de feixes energéticos destas partículas são discutidos. A situação atual do tratamento e perspectivas são mencionadas. Faz-se também referências às di culdades do planejamento devido a ausência de ferramentas precisas para uma estimativa el da deposição de energia. A sequência do texto contém uma breve revisão dos códigos de Monte Carlo que podem ser adotados para a simulação do tratamento. Uma ferramenta que empregue o método de Monte Carlo é uma viável solução para levar em conta todos os efeitos físicos provocados pelas interações das partículas do feixe com os tecidos biológicos. Neste mesmo contexto, são discutidos os processos físicos relevantes que precisam ser considerados nas simulações de hadronterapia. O código de Monte Carlo Geant4 é, então, apresentado. São descritos os recursos que são utilizados para as simulações do tratamento. Este toolkit foi empregado para o desenvolvimento de um aplicativo, sendo este o primeiro item de originalidade do presente trabalho. O aplicativo desenvolvido é discutido e suas capacidades e funcionalidades são relatadas. Posteriormente, são apresentadas simulações utilizando o aplicativo supracitado. Os resultados são confrontados com dados experimentais e as limitações dos modelos físicos disponíveis são analisadas. O aplicativo demonstra, pela avaliação dos resultados, que: consiste em uma possível ferramenta para as estimativas precisas necessárias para a hadronterapia; é versátil, podendo ser empregado para um amplo intervalo de energias e para diferentes partículas do feixe; as funcionalidades podem ser facilmente estendidas para se moldar à proposta da aplicação devido ao paradigma da orientação a objetos; o problema de tempo computacional para o emprego do método de Monte Carlo no planejamento de tratamento pôde ser contornado com a implementação de processamento paralelo. Além disso, as análises demonstram que os modelos físicos necessitam modi cações na faixa de energia da hadronterapia para realizar uma melhor descrição do processo de fragmentação nuclear. Os resultados originais da dissertação abrem caminho para tornar as simulações em hadronterapia um instrumento de precisão no combate contra tumores situados em localizações que não permitem procedimentos invasivos. / The present master thesis comprises the development and validation of an application to perform a simulation of hadrontherapy. This application was employed in the study of nuclear fragmentation reactions that occur in the energy range and with particles involved in cancer treatment. These reactions are the key to acquire high precision in the planning, treatment and post-analysis of the treatment. A review is initially performed with regard to the treatment of deep seated tumors with beams of protons and ions. The physical, biological and technical aspects of the utilization of energetic beams using these particles are discussed. The current situation of the treatment and perspectives are indicated. In addition, reference is made to the di culties in planning due to the lack of precise tools for an accurate estimative of the energy deposition. The sequence of the text contains a brief review of the Monte Carlo codes that may be used for simulation of the treatment. A tool which would employ the Monte Carlo method shall be a reliable way to determine all the physical e ects caused by the interaction of the particles from the beam with the biological tissues. In this context, relevant physical processes which may be considered in the hadrontherapy simulation are discussed. The Monte Carlo code Geant4 is presented. The resources used for simulation of treatment are described. The toolkit is applied for the development of an application and that is novelty of the present work. The developed application is described and its capabilities and functionalities are listed. At a later moment simulations are presented by utilizing the application. The results are compared to experimental data and the limitations of the available physics models are analyzed. Evaluation of the results indicates that the application represents a useful tool for precise estimations that are needed for the hadrontherapy; further it is versatile and it can be used for a wide range of energies and di erent particles from the beam; moreover the functionalities can be easily extended in order to mold the terms of the application due to the object-oriented paradigm; last the issue regarding computation time for the use of the Monte Carlo method at treatment planning is solved with the implementation of parallel processing. Besides, the analyses indicate that the physics models need to be modi ed in the energy range suited for hadrontherapy, in order to achieve a better description of the process of nuclear fragmentation. These novel results shown in the present thesis open a pathway to make simulation in hadrontherapy a precise instrument to ght tumors located in deep seated areas where an invasive procedure is not be possible.

Resultados obtidos de processos (p,2p) coplanares são apresentados através de diagramas de contorno das distribuições de momentum, no espaço de momentum. Os diagramas de contorno, traçados para o exemplo da reação 16O(p,2p) 15N, para os estados nucleares ls e lp, a energias de bombardeio de 200 MeV e de 378 MeV, mostram-se muito sensíveis à distorção causada pelos potenciais óticos que atuam sobre os prótons incidente e emergentes. Os diagramas apresentam-se deformados e deslocados em relação às formas circulares centradas na origem que teriam, no espaço de momentum, na ausência de distorção. A deformação e o deslocamento de cada diagrama são consequência, respectivamente, da absorção e do espalhamento elástico dos prótons de alta energia. / Results obtained from (p,2p) coplanar processes are presented by means of contour diagrams of momentum distributions in momentum space. The contour diagrams obtained for the example of the 16O(p,2p) 15N reaction, for the nuclear states ls and lp, at borábarding energies of 200 MeV and 378 MeV, appear to be very sensitive to the distortion caused by the optical potentials which act on the incident and emergent protons. Compared to the diagrams obtained in the absence of distortion, which are circular and centered at the origin, in momentum space, the distorted diagrams appear deformed and shifted. The deformation and the shift of each diagram are a consequence of the absorption and the elastic scattering of the high-energy protons, respectively.

São analisadas reações quase-livres (p,2p) assimétricas induzidas por prótons polarizados. A absorção e refração dos prótons rápidos no núcleo realça a seção de choque para a ejeção de prótons com uma certa polarização que depende dos seus momenta e do estado-furo resultante. São calculadas polarizações efetivas, distribuições de momentum distorcidas e seções de choque de correlação angular em aproximação DWIA para estados- furo do 16o e do 40 ca a energias incidentes de 215 e 320 MeV. Mostra-se que os efeitos da parte real de potenciais óticos centrais sobre as distribuições de momentum e sobre as polarizações efetivas é considerável. Apresenta-se uma explicação qualitativa para este fato. É avaliada quantitativamente a importância da distorção spin-Órbita, a qual poderia em principio comprometer a usual e simples interpretação das reações quase-livres com prótons polarizados. Os efeitos obtidos para o espalhamento de prótons de 320 MeV sobre o 16o e o 40 ca revelam-se na realidade pequenos. Os resultados mostram que o emprego de feixes de prótons incidentes polarizados amplia o poder das reações quase-livres como instrumento de investigação da estrutura nuclear e sugerem a possibilidade de testar algumas aproximações que são de interesse geral para a teoria das reações a medias energias, como, por exemplo, a aproximação de impulso. / Asymmetric quasi-free (p,2p) reactions induced by po1arized protons are ana1ysed. The absorption and refraction of the fast protons in the nucleus enhances the cross section for the knock-o ut of protons with a certain polarization which depends on their momentum and on the resulting hole state. Effective polarizations, distorted momentum distributions and angular correlation cross sections are calculated within the DWIA approximation for the hole states of 16o and 40 ca at 215 and 320 MeV incideht energy. lt is shown that the effects of the real part of the central optical potentials on the distorted momentum distributions and on the effective polarizations are considerable. A qualitative e xpl anation of this fact is presented. The importance of the spin-orbit distortion, which could in principle upset the usual simple interpretation of quasi-free scattering with po1arized protons, is quantitative1y estimated. The effects obtained for 320 MeV proton scattering on 16o and 40 ca are actually small. The results show that the use of incident po1arized proton beams enhances the power of quasi-free reactions as an investigation tool of the nuclear structure and suggest the possibility of testing some approximations which are of general interest for the theory of medium energy reactions, as, for example, the impulse approximation.

A presente dissertação contempla o desenvolvimento e validação de um aplicativo para efetuar simulações de hadronterapia. Este aplicativo foi empregado no estudo das reações nucleares de fragmentação que ocorrem para as energias e partículas envolvidas no tratamento. Estas reações representam a chave para o planejamento, tratamento, e pós-análise de precisão. Inicialmente é realizada uma revisão a respeito do tratamento de tumores profundos utilizando prótons e íons. Os aspectos físicos, biológicos e técnicos da utilização de feixes energéticos destas partículas são discutidos. A situação atual do tratamento e perspectivas são mencionadas. Faz-se também referências às di culdades do planejamento devido a ausência de ferramentas precisas para uma estimativa el da deposição de energia. A sequência do texto contém uma breve revisão dos códigos de Monte Carlo que podem ser adotados para a simulação do tratamento. Uma ferramenta que empregue o método de Monte Carlo é uma viável solução para levar em conta todos os efeitos físicos provocados pelas interações das partículas do feixe com os tecidos biológicos. Neste mesmo contexto, são discutidos os processos físicos relevantes que precisam ser considerados nas simulações de hadronterapia. O código de Monte Carlo Geant4 é, então, apresentado. São descritos os recursos que são utilizados para as simulações do tratamento. Este toolkit foi empregado para o desenvolvimento de um aplicativo, sendo este o primeiro item de originalidade do presente trabalho. O aplicativo desenvolvido é discutido e suas capacidades e funcionalidades são relatadas. Posteriormente, são apresentadas simulações utilizando o aplicativo supracitado. Os resultados são confrontados com dados experimentais e as limitações dos modelos físicos disponíveis são analisadas. O aplicativo demonstra, pela avaliação dos resultados, que: consiste em uma possível ferramenta para as estimativas precisas necessárias para a hadronterapia; é versátil, podendo ser empregado para um amplo intervalo de energias e para diferentes partículas do feixe; as funcionalidades podem ser facilmente estendidas para se moldar à proposta da aplicação devido ao paradigma da orientação a objetos; o problema de tempo computacional para o emprego do método de Monte Carlo no planejamento de tratamento pôde ser contornado com a implementação de processamento paralelo. Além disso, as análises demonstram que os modelos físicos necessitam modi cações na faixa de energia da hadronterapia para realizar uma melhor descrição do processo de fragmentação nuclear. Os resultados originais da dissertação abrem caminho para tornar as simulações em hadronterapia um instrumento de precisão no combate contra tumores situados em localizações que não permitem procedimentos invasivos. / The present master thesis comprises the development and validation of an application to perform a simulation of hadrontherapy. This application was employed in the study of nuclear fragmentation reactions that occur in the energy range and with particles involved in cancer treatment. These reactions are the key to acquire high precision in the planning, treatment and post-analysis of the treatment. A review is initially performed with regard to the treatment of deep seated tumors with beams of protons and ions. The physical, biological and technical aspects of the utilization of energetic beams using these particles are discussed. The current situation of the treatment and perspectives are indicated. In addition, reference is made to the di culties in planning due to the lack of precise tools for an accurate estimative of the energy deposition. The sequence of the text contains a brief review of the Monte Carlo codes that may be used for simulation of the treatment. A tool which would employ the Monte Carlo method shall be a reliable way to determine all the physical e ects caused by the interaction of the particles from the beam with the biological tissues. In this context, relevant physical processes which may be considered in the hadrontherapy simulation are discussed. The Monte Carlo code Geant4 is presented. The resources used for simulation of treatment are described. The toolkit is applied for the development of an application and that is novelty of the present work. The developed application is described and its capabilities and functionalities are listed. At a later moment simulations are presented by utilizing the application. The results are compared to experimental data and the limitations of the available physics models are analyzed. Evaluation of the results indicates that the application represents a useful tool for precise estimations that are needed for the hadrontherapy; further it is versatile and it can be used for a wide range of energies and di erent particles from the beam; moreover the functionalities can be easily extended in order to mold the terms of the application due to the object-oriented paradigm; last the issue regarding computation time for the use of the Monte Carlo method at treatment planning is solved with the implementation of parallel processing. Besides, the analyses indicate that the physics models need to be modi ed in the energy range suited for hadrontherapy, in order to achieve a better description of the process of nuclear fragmentation. These novel results shown in the present thesis open a pathway to make simulation in hadrontherapy a precise instrument to ght tumors located in deep seated areas where an invasive procedure is not be possible.

Resultados obtidos de processos (p,2p) coplanares são apresentados através de diagramas de contorno das distribuições de momentum, no espaço de momentum. Os diagramas de contorno, traçados para o exemplo da reação 16O(p,2p) 15N, para os estados nucleares ls e lp, a energias de bombardeio de 200 MeV e de 378 MeV, mostram-se muito sensíveis à distorção causada pelos potenciais óticos que atuam sobre os prótons incidente e emergentes. Os diagramas apresentam-se deformados e deslocados em relação às formas circulares centradas na origem que teriam, no espaço de momentum, na ausência de distorção. A deformação e o deslocamento de cada diagrama são consequência, respectivamente, da absorção e do espalhamento elástico dos prótons de alta energia. / Results obtained from (p,2p) coplanar processes are presented by means of contour diagrams of momentum distributions in momentum space. The contour diagrams obtained for the example of the 16O(p,2p) 15N reaction, for the nuclear states ls and lp, at borábarding energies of 200 MeV and 378 MeV, appear to be very sensitive to the distortion caused by the optical potentials which act on the incident and emergent protons. Compared to the diagrams obtained in the absence of distortion, which are circular and centered at the origin, in momentum space, the distorted diagrams appear deformed and shifted. The deformation and the shift of each diagram are a consequence of the absorption and the elastic scattering of the high-energy protons, respectively.

São analisadas reações quase-livres (p,2p) assimétricas induzidas por prótons polarizados. A absorção e refração dos prótons rápidos no núcleo realça a seção de choque para a ejeção de prótons com uma certa polarização que depende dos seus momenta e do estado-furo resultante. São calculadas polarizações efetivas, distribuições de momentum distorcidas e seções de choque de correlação angular em aproximação DWIA para estados- furo do 16o e do 40 ca a energias incidentes de 215 e 320 MeV. Mostra-se que os efeitos da parte real de potenciais óticos centrais sobre as distribuições de momentum e sobre as polarizações efetivas é considerável. Apresenta-se uma explicação qualitativa para este fato. É avaliada quantitativamente a importância da distorção spin-Órbita, a qual poderia em principio comprometer a usual e simples interpretação das reações quase-livres com prótons polarizados. Os efeitos obtidos para o espalhamento de prótons de 320 MeV sobre o 16o e o 40 ca revelam-se na realidade pequenos. Os resultados mostram que o emprego de feixes de prótons incidentes polarizados amplia o poder das reações quase-livres como instrumento de investigação da estrutura nuclear e sugerem a possibilidade de testar algumas aproximações que são de interesse geral para a teoria das reações a medias energias, como, por exemplo, a aproximação de impulso. / Asymmetric quasi-free (p,2p) reactions induced by po1arized protons are ana1ysed. The absorption and refraction of the fast protons in the nucleus enhances the cross section for the knock-o ut of protons with a certain polarization which depends on their momentum and on the resulting hole state. Effective polarizations, distorted momentum distributions and angular correlation cross sections are calculated within the DWIA approximation for the hole states of 16o and 40 ca at 215 and 320 MeV incideht energy. lt is shown that the effects of the real part of the central optical potentials on the distorted momentum distributions and on the effective polarizations are considerable. A qualitative e xpl anation of this fact is presented. The importance of the spin-orbit distortion, which could in principle upset the usual simple interpretation of quasi-free scattering with po1arized protons, is quantitative1y estimated. The effects obtained for 320 MeV proton scattering on 16o and 40 ca are actually small. The results show that the use of incident po1arized proton beams enhances the power of quasi-free reactions as an investigation tool of the nuclear structure and suggest the possibility of testing some approximations which are of general interest for the theory of medium energy reactions, as, for example, the impulse approximation.

A presente dissertação contempla o desenvolvimento e validação de um aplicativo para efetuar simulações de hadronterapia. Este aplicativo foi empregado no estudo das reações nucleares de fragmentação que ocorrem para as energias e partículas envolvidas no tratamento. Estas reações representam a chave para o planejamento, tratamento, e pós-análise de precisão. Inicialmente é realizada uma revisão a respeito do tratamento de tumores profundos utilizando prótons e íons. Os aspectos físicos, biológicos e técnicos da utilização de feixes energéticos destas partículas são discutidos. A situação atual do tratamento e perspectivas são mencionadas. Faz-se também referências às di culdades do planejamento devido a ausência de ferramentas precisas para uma estimativa el da deposição de energia. A sequência do texto contém uma breve revisão dos códigos de Monte Carlo que podem ser adotados para a simulação do tratamento. Uma ferramenta que empregue o método de Monte Carlo é uma viável solução para levar em conta todos os efeitos físicos provocados pelas interações das partículas do feixe com os tecidos biológicos. Neste mesmo contexto, são discutidos os processos físicos relevantes que precisam ser considerados nas simulações de hadronterapia. O código de Monte Carlo Geant4 é, então, apresentado. São descritos os recursos que são utilizados para as simulações do tratamento. Este toolkit foi empregado para o desenvolvimento de um aplicativo, sendo este o primeiro item de originalidade do presente trabalho. O aplicativo desenvolvido é discutido e suas capacidades e funcionalidades são relatadas. Posteriormente, são apresentadas simulações utilizando o aplicativo supracitado. Os resultados são confrontados com dados experimentais e as limitações dos modelos físicos disponíveis são analisadas. O aplicativo demonstra, pela avaliação dos resultados, que: consiste em uma possível ferramenta para as estimativas precisas necessárias para a hadronterapia; é versátil, podendo ser empregado para um amplo intervalo de energias e para diferentes partículas do feixe; as funcionalidades podem ser facilmente estendidas para se moldar à proposta da aplicação devido ao paradigma da orientação a objetos; o problema de tempo computacional para o emprego do método de Monte Carlo no planejamento de tratamento pôde ser contornado com a implementação de processamento paralelo. Além disso, as análises demonstram que os modelos físicos necessitam modi cações na faixa de energia da hadronterapia para realizar uma melhor descrição do processo de fragmentação nuclear. Os resultados originais da dissertação abrem caminho para tornar as simulações em hadronterapia um instrumento de precisão no combate contra tumores situados em localizações que não permitem procedimentos invasivos. / The present master thesis comprises the development and validation of an application to perform a simulation of hadrontherapy. This application was employed in the study of nuclear fragmentation reactions that occur in the energy range and with particles involved in cancer treatment. These reactions are the key to acquire high precision in the planning, treatment and post-analysis of the treatment. A review is initially performed with regard to the treatment of deep seated tumors with beams of protons and ions. The physical, biological and technical aspects of the utilization of energetic beams using these particles are discussed. The current situation of the treatment and perspectives are indicated. In addition, reference is made to the di culties in planning due to the lack of precise tools for an accurate estimative of the energy deposition. The sequence of the text contains a brief review of the Monte Carlo codes that may be used for simulation of the treatment. A tool which would employ the Monte Carlo method shall be a reliable way to determine all the physical e ects caused by the interaction of the particles from the beam with the biological tissues. In this context, relevant physical processes which may be considered in the hadrontherapy simulation are discussed. The Monte Carlo code Geant4 is presented. The resources used for simulation of treatment are described. The toolkit is applied for the development of an application and that is novelty of the present work. The developed application is described and its capabilities and functionalities are listed. At a later moment simulations are presented by utilizing the application. The results are compared to experimental data and the limitations of the available physics models are analyzed. Evaluation of the results indicates that the application represents a useful tool for precise estimations that are needed for the hadrontherapy; further it is versatile and it can be used for a wide range of energies and di erent particles from the beam; moreover the functionalities can be easily extended in order to mold the terms of the application due to the object-oriented paradigm; last the issue regarding computation time for the use of the Monte Carlo method at treatment planning is solved with the implementation of parallel processing. Besides, the analyses indicate that the physics models need to be modi ed in the energy range suited for hadrontherapy, in order to achieve a better description of the process of nuclear fragmentation. These novel results shown in the present thesis open a pathway to make simulation in hadrontherapy a precise instrument to ght tumors located in deep seated areas where an invasive procedure is not be possible.