Submitted by Fabricia Fialho Reginato (fabriciar) on 2015-06-30T23:58:11Z No. of bitstreams: 1 ClauberFerasso.pdf: 8384052 bytes, checksum: dc9cfb947f94d52412c3434032ae62da (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-30T23:58:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ClauberFerasso.pdf: 8384052 bytes, checksum: dc9cfb947f94d52412c3434032ae62da (MD5) Previous issue date: 2013-08 / FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos / A contribuição das fontes de energias alternativas, principalmente a solar térmica, para a diversificação da matriz energética brasileira é importante devido, principalmente, ao aumento da demanda do consumo de energia elétrica, ocasionado pelo progresso e desenvolvimento da população e do País. Parte deste aumento é consequência do uso simultâneo de milhares de chuveiros elétricos, na maioria das vezes no horário de ponta, considerado um dos responsáveis pelo elevado pico na curva de demanda entre 18 e 21 horas. Frente a isso, a utilização da energia solar através de sistemas de aquecimento solar para o uso doméstico, vem ao encontro deste propósito. Após análise do consumo médio mensal de energia elétrica fornecida pela concessionária AES Sul no período de um ano em um conjunto residencial na cidade de Canoas – RS, foi possível estimar o custo da utilização do chuveiro elétrico nesse local, por domicílio, que representa entre 25 a 30 % da fatura de energia elétrica. A produção de energia térmica através de sistemas de aquecimento solar para pré- aquecimento de água quente para uso doméstico foi simulada utilizando-se o software TRNSYS, para diversas configurações de sistemas (área de coletor e capacidade de armazenamento). A relação entre a demanda de energia para aquecimento de água e a energia produzida pelo SAS foi parametrizada utilizando-se o conceito de fração solar mensal e anual. Foi considerada uma temperatura mínima de consumo de água quente de 40 °C e um perfil de consumo correspondente à taxa de ocupação média dos domicílios no local. Os dados climáticos necessários para a simulação foram obtidos a partir do ano meteorológico típico (TMY) para Porto Alegre. Os resultados obtidos das diversas simulações mostraram que é possível obter uma economia direta para consumidor de até 58% de energia consumida pelo chuveiro elétrico e uma economia de energia estimada em 12.399 kWh para o sistema elétrico ao longo de 20 anos. Estes resultados podem ser melhorados com a diminuição do custo unitário do SAS ou através de incentivos decorrentes da diminuição dos custos de ampliação da capacidade da rede elétrica por parte das concessionárias, decorrentes da mudança do perfil de carga do sistema. / The contribution of alternative energy sources, particularly solar thermal, to diversify the Brazilian energy matrix is important, mainly due to increased demand of electricity consumption, caused by the progress and development of the population as well as the country. Part of this increase is a consequence of the simultaneous use of thousands of electric showers, mostly during peak hours, considered one of the chief responsible for the high peak in the demand curve between 6.00 and 9.00PM. Given this, the use of solar energy, through solar heating systems for domestic use, meets this purpose. After the analysis of the average monthly consumption of electricity provided by the supplier AES Sul in the period of one year in a residential complex in the city of Canoas – RS, it was possible to estimate the cost of using electric showers in that location, per household, which was between 25 to 30% of the electricity bill. The production of thermal energy through solar heating systems for preheating domestic hot water was simulated using the TRNSYS software for various system configurations (collector area and storage capacity). The relationship between energy demand for water heating and energy produced by SAS was parameterized using the concept of monthly and annual solar fraction, considering a minimum temperature of hot water of 40 ° C, and a profile of consumption corresponding to the average occupancy rate of households at the site. The climatic data required for the simulation were obtained from the typical meteorological year (TMY) to Porto Alegre and the results of several simulations showed that it is possible to get direct savings to the consumer up to 58% of energy consumed by electric shower and energy savings estimated at 12,399 kWh for the electricity system over a period of 20 years. These results can be improved by reducing the unit cost of SAS or through incentives from lowering the cost of expanding the capacity of the electric grid by suppliers, resulting from the change of the system load profile.

This dissertation investigates CsI(Tl) pulse shape discrimination (PSD) as a novel experimental technique to improve challenging areas of particle identification at high energy $e^+ e^-$ colliders using CsI(Tl) calorimeters. In this work CsI(Tl) PSD is implemented and studied at the Belle II experiment operating at the SuperKEKB $e^+ e^-$ collider, representing the first application of CsI(Tl) PSD at a $B$ factory experiment. Results are presented from Belle II as well as a testbeam completed at the TRIUMF proton and neutron irradiation facility. From the analysis of the testbeam data, energy deposits from highly ionizing particles are shown to produce a CsI(Tl) scintillation component with decay time of $630\pm10$ ns, referred to as the hadron scintillation component, and not present in energy deposits from electromagnetic showers or minimum ionizing particles. By measuring the fraction of hadron scintillation emission relative to the total scintillation emission, a new method for CsI(Tl) pulse shape characterization is developed and implemented at the Belle II experiment's electromagnetic calorimeter, constructed from 8736 CsI(Tl) crystals. A theoretical model is formulated to allow for simulations of the particle dependent CsI(Tl) scintillation response. This model is incorporated into GEANT4 simulations of the testbeam apparatus and the Belle II detector, allowing for accurate simulations of the observed particle dependent scintillation response of CsI(Tl). With $e^\pm$, $\mu^\pm$, $\pi^\pm$, $K^\pm$ and $p/\bar{p}$ control samples selected from Belle II collision data the performance of this new simulation technique is evaluated. In addition the performance of hadronic interaction modelling by GEANT4 particle interactions in matter simulation libraries is studied and using PSD potential sources of data vs. simulation disagreement are identified. A PSD-based multivariate classifier trained for $K_L^0$ vs. photon identification is also presented. With $K_L^0$ and photon control samples selected from Belle II collision data, pulse shape discrimination is shown to allow for high efficiency $K_L^0$ identification with low photon backgrounds as well as improved $\pi^0$ identification compared to shower-shape based methods. / Graduate

The dissertation thesis deals with the application of absorption methods for the separation of gaseous pollutants from polluted gaseous mixtures using a pilot plant scrubber. The efficiency of the gaseous pollutant removal was determined based on the hydrodynamic distribution of fluids inside the spray chamber. A TF-28 150 spiral nozzle, which was used to spray the absorption liquid, was experimentally characterized. Specifically, the pressure impact pattern of the liquid produced by the nozzle was investigated using intrusive methods and the effective spray angles, the modes of primary and secondary atomization, the droplet size and liquid velocity distributions were determined using non-intrusive optical methods. Numerical simulations of flow of model gas phase inside the sprinkler head and spraying of the liquid through the spiral nozzle were also carried out. The obtained data can be applied to estimate the interface area and together with the determination of the coefficient of total mass transfer thus define the kinetics of chemisorption for a given absorbent/absorbate combination.

ALTO is a project, currently in the research and development phase, with the goal of constructing a Very High Energy (VHE) gamma-ray observatory in the southern hemisphere. It will detect the particle content reaching the ground from the interactions of either VHE gamma rays or cosmic rays in the atmosphere known as extensive air showers. In this thesis, we use an ALTO prototype built at Linneaus University to estimate the vertical muon intensity in Växjö. The atmospheric muons we detect at ground level come from hadronic showers caused by a cosmic ray entering the atmosphere. Such showers are considered background noise in the context of VHE gamma-ray astronomy, and the presence of muons is an important indicator of the nature of the shower, and thus of the primary particle. The measurement is done by isolating events that produce signals in two small scintillation detectors that are part of the ALTO prototype, and are placed almost directly above each other. This gives us a data set that we assume represents muons travelling along a narrow set of trajectories, and by measuring the rate of such events, we estimate the muon intensity. We estimate the corresponding momentum threshold using two different methods; Monte Carlo simulation and calculation of the mean energy loss. The vertical muon intensity found through this method is about 21% higher than commonly accepted values. We discuss some possible explanations for this discrepancy, and conclude that the most likely explanation is that the isolated data set contains a significant number of “false positives”, i.e., events that do not represent a single muon following the desired trajectory.

Malgré la découverte des rayons cosmiques il y a plus de cent ans, de nombreuses questions restent aujourd’hui sans réponse : que sont les rayons cosmiques, comment sont-ils créés et d’où viennent-ils ? Depuis 2002, l’instrument CODALEMA, basé sur le site de l’Observatoire de radio-astronomie de Nançay, étudie les rayons cosmiques d’ultra haute énergie (RCUHE, au delà de 1017 eV) qui arrivent dans l’atmosphère terrestre. Leur faible flux rend impossible une détection directe à ces énergies. Ces rayons cosmiques vont cependant interagir avec les atomes de l’atmosphère, engendrant une cascade de particules secondaires chargées communément appelée gerbe de particules, détectable depuis le sol, et dont on va extraire des informations sur le rayon cosmique primaire. L’objectif est de remonter aux caractéristiques du primaire ayant engendré la gerbe de particules, donc de déterminer sa direction d’arrivée, sa nature et son énergie. Lors du développement de la gerbe, les particules chargées en mouvement engendrent notamment l’émission d’une impulsion de champ électrique très brève, que CODALEMA détecte au sol avec des antennes radio dédiées, sur une large bande de fréquences (entre 1 et 200 MHz). L’avantage majeur de la radio-détection est sa sensibilité au profil complet de la gerbe et son cycle utile proche des 100 %, qui pourrait permettre d’augmenter le nombre d’évènements détectés à très haute énergie, et donc de mieux contraindre les propriétés des RCUHE. Au fil des ans, des efforts importants ont été consacrés à la compréhension de l’émission radio-électrique des grandes gerbes de particules dans la gamme [20-80] MHz mais, malgré certaines études menées jusqu’aux années 90, la bande [1-10] MHz est restée inutilisée pendant près de 30 ans. L’une des contributions de cette thèse porte sur l’expérience EXTASIS, adossée à CODALEMA, qui vise à ré-investiguer cette bande et à étudier la contribution dite de ”mort subite”, impulsion de champ électrique créé par les particules de la gerbe lors de leur arrivée et de leur disparition au sol. Nous présentons la configuration instrumentale d’EXTASIS, composée de 7 antennes basses fréquences exploitées dans [1.7-3.7] MHz, couvrant environ 1 km2. Nous rapportons l’observation, sur 2 ans, de 25 évènements détectés en coïncidence par CODALEMA et EXTASIS et estimons un seuil de détection de 23±4 μV/m à partir de comparaisons avec des simulations. Nous rapportons également une forte corrélation entre l’observation du signal basse fréquence et le champ électrique atmosphérique. L’autre contribution majeure de cette thèse porte sur l’étude du champ électrique émis par les gerbes et l’amélioration des performances du détecteur dans la bande [20-200] MHz. Nous proposons dans un premier temps une méthode de calibration des antennes de CODALEMA en utilisant l’émission radio de la Galaxie. Nous investiguons aussi plusieurs algorithmes de réjection de bruit afin d’améliorer la sélectivité des évènements enregistrés. Nous présentons ensuite une méthode de reconstruction des paramètres du rayon cosmique primaire, mettant en oeuvre des comparaisons combinant des informations de polarisation et fréquentielles entre les données enregistrées et des simulations, nous menant enfin à une proposition de composition en masse des rayons cosmiques détectés. / Despite the discovery of cosmic rays there are more than one hundred years ago, many questions remain unanswered today: what are cosmic rays, how are they created and where do they come from ? Since 2002, the CODALEMA instrument, located within the Nançay Radio Observatory, studies the ultra-high energy cosmic rays (UHECR, above 1017 eV) arriving in the Earth atmosphere. Their low flux makes it impossible to detect them directly at these energies. These cosmic rays, however, will interact with the atoms of the atmosphere, generating a cascade of secondary charged particles, commonly known as extensive air shower (EAS), detectable at ground level, and from which we will extract information on the primary cosmic ray. The objective is to go back to the characteristics of the primary that generated the EAS, thus to determine its direction of arrival, its nature and its energy. During the development of the shower, these charged particles in movement generate a fast electric field transient, detected at ground by CODALEMA with dedicated radio antennas over a wide frequency band (between 1 and 200 MHz). The major advantage of radio-detection is its sensibility to the whole profile of the shower and its duty cycle close to 100 %, which could increase the number of events detected at very high energy, and thus to better constrain the properties of the RCUHE. Over the years, significant efforts have been devoted to the understanding of the radio emission of extensive air shower (EAS) in the range [20-80] MHz but, despite some studies led until the nineties, the[1-10] MHz band has remained unused for nearly 30 years. One of the contributions of this thesis concerns the EXTASIS experiment, supported by the CODALEMA instrument, which aims to reinvestigate the [1-10] MHz band and to study the so-called ”sudden death” contribution, which is the expected impulsive electric field created by the particles at their arrival and their disappearance on the ground. We present the instrumental set up of EXTASIS, composed of 7 low frequency antennas exploited in [1.7-3.7] MHz, covering approximately 1 km2. We report the observation, over 2 years, of 25 low-frequency events detected in coincidence by CODALEMA and EXTASIS and estimate a detection limit of 23±4 μV/m from comparisons with simulations. We also report a strong correlation between the observation of the low frequency signal and the atmospheric electric field. The other major contribution of this thesis concerns the study of the electric field emitted by the EAS and the improvement of the detector’s performances in the [20-200] MHz band. First, we propose a calibration method for CODALEMA antennas using the radio emission of the Galaxy. We are also investigating several noise rejection algorithms to improve the selectivity of recorded events. We then present a method for reconstructing the parameters of the primary cosmic ray, implementing systematic comparisons combing polarization and frequency information between the recorded data and simulations, leading finally to a proposal for a mass composition of cosmic rays detected.

Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECR) can only be measured by the detection of Extensive Air Showers (EAS) created by the interaction of the cosmic ray particle with an atmospheric nuclei. The inference of some of the properties of UHECR, like their mass composition, is only possible by the comparison of measurements of EAS observables to predictions from Monte Carlo simulations. The most important source of uncertainties on the description of EAS by the simulations is the modeling of hadronic interactions. For many years it has been known that the hadronic interaction models fail on predicting the EAS observables related to their muonic component. The most evident manifestation of that is called muon deficit problem due to the fact that the number of muons in EAS with energies above 1018 eV predicted by simulations is smaller than the observed ones. The aim of this thesis is to approach this problem in three distinct fronts. First, a method is developed to interpret measurements of number of muons in terms of cosmic rays composition in despite of the muon deficit problem. Second, an EAS observable which is sensitive to the muon energy spectrum at ground and, consequently, can be used to constrain hadronic interaction models is proposed and tested. Third and final, the muon production in air showers is studied through measurements of hadron production spectra in pion-carbon interactions. / Raios Cósmicos Ultra Energéticos (Ultra-High Energy Cosmic Rays, UHECR) somente podem ser medidos através da detecção dos Chuveiros Atmosféricos Extensos (Extensive Air Showers, EAS) criados pela interação do raio cósmico primário com núcleos atmoféricos. A inferência de algumas propriedados dos UHECRs, como a composição de massa, é possível somente através da comparação entre medidas de observáveis dos EASs com predições geradas por simulações de Monte Carlo. A fonte de incerteza mais importante na descrição de EAS por simulações é a modelagem das interações hadrônicas. Por muitos anos é sabido que os modelos de interação hadrônica falham na predição de observáveis dos EASs relacionados a sua componente muônica. A manifestação mais evidente disso é chamada problema do déficit de múons devido ao fato que o número de múons em chuveiros com energias acima de 1018 eV predito por simulações é menor que os observados. O objetivo desta tese é abordar este problema através de três frentes. Primeiramente, um método é desenvolvido para interpretar as medidas do número de múons em termos de composição de raios cósmicos considerando o problema do déficit de múons. Segundo, a proposta e o teste de um observável que é sensível ao espectro de energia dos múons na superfície e, consequentemente, pode ser usado para discriminar entre os modelos de interação hadrônica. Por último, a produção de múons em chuveiros é estudada através de medidas do espectro de produção de hádrons em interações do tipo píon-carbono.

No estudo dos raios cósmicos de ultra alta energia utilizando detectores de superfície a energia da partícula primária é estimada pela distribuição lateral (LDF - Lateral Distribution Function), que descreve a amplitude do sinal das estações em função da distância ao centro do chuveiro. Entretanto, com exceção da estimativa do centro do chuveiro, não se utiliza a LDF para obter mais nenhuma informação sobre o chuveiro, talvez porque ela não possua uma parametrização que a descreva completamente, especialmente para os chuveiros com energias mais altas. As primeiras interações dos raios cósmicos com a atmosfera são determinantes para o desenvolvimento dos chuveiros atmosféricos extensos. Tais interações dependem, entre outras coisas, da composição química dos raios cósmicos. Diferenças nessas interações podem causar alterações nas flutuações da distribuição lateral. Através de simulações dos chuveiros com diferentes partículas primárias pode ser possível estimar a composição dos raios cósmicos de ultra alta energia, comparando as flutuações das distribuições laterais de eventos reais com as de eventos simulados. Uma das grandezas relevantes para a flutuação da LDF é a incerteza do sinal das estações. O framework de análise do Observatório Pierre Auger aplica uma correção parametrizada empiricamente à incerteza do sinal das estações. Neste trabalho foi apresentada uma justificativa estatística para esta correção, que está relacionada à distribuição do sinal não ser uma Poisson, mas uma composição de processos com diferentes distribuições. Para a realização deste trabalho foi gerada uma biblioteca de chuveiros produzidos por dois simuladores de chuveiros atmosféricos, AIRES e CORSIKA, sendo que o AIRES utilizou o SIBYLL como modelo de interação hadrônica enquanto o CORSIKA utilizou o EPOS. Foram produzidos chuveiros iniciados por prótons e núcleos de ferro com os dois simuladores, e suas distribuições angulares foram consideradas isotrópicas. A distribuição de energia desses eventos segue uma lei de potência e varia entre 1 e 200 EeV. Utilizando a função de Nishimura, Kamata e Greisen (NKG) como parametrização para a LDF se observa resíduos sistematicamente positivos nas estações mais distantes do centro do chuveiro, que também têm o sinal mais próximo do trigger. Uma das hipóteses levantadas em outros trabalhos para esse comportamento é que ele estaria relacionado à influência das estações silenciosas, mas este trabalho mostra que o uso dessas estações tem pouca influência na flutuação da LDF. Na verdade esse efeito é causado porque as parametrizações da LDF no Offline não consideram que os sinais das estações possuem um corte devido o trigger, isto é, que a função de densidade de probabilidade que descreve o sinal real não é a mesma que descreve o sinal que é observado. Neste trabalho é proposta uma correção para as parametrizações da LDF que é implementada no Offline. Como resultado desta correção é observada uma redução significativa dos resíduos que eram sistematicamente positivos e que, após a correção, passam a ser compatíveis com zero. Neste trabalho foram realizadas três análises independentes para comparar os eventos reais com os simulados, das quais duas não dependem diretamente do ajuste da LDF e também não são sensíveis à energia. Elas permitem uma comparação entre os sinais supondo uma relação simples entre eles. No primeiro caso supõe-se que a diferença no sinal é devido à componente muônica do chuveiro e no segundo supõe-se que os dois conjuntos de eventos comparados são bem descritos por funções NKG mas com parâmetros S1000 diferentes. A terceira análise utiliza os resíduos dos ajustes da LDF e permite observar a composição em função da energia da partícula primária. Essa última análise foi realizada utilizando a função NKG com e sem correção do efeito do trigger. As diferentes análises utilizadas para estimar a composição dos raios cósmicos apresentaram resultados consistentes entre si, apesar das limitações encontradas em algumas delas. Todos esses indicadores de composição da partícula primária obtidos pelo detector de superfície são consistentes com os resultados obtidos pelas análises de Xmax do detector de fluorescência, reforçando a tese de que a composição dos raios cósmicos é predominantemente de próton entre 1 e 10 EeV e entre próton e ferro para energias acima de aproximadamente 10 EeV. / The energy of ultra high energy cosmic rays can be estimated from the lateral distribution function (LDF) of the shower as measured by surface detectors. The LDF describes the particle density as a function of the distance from the shower center. However, with the exception of the position of the shower center, no other information is extracted from it, may because it does not have a parametrization or an analytic function that describes it completely. The first interactions of cosmic rays with the atmosphere are decisive for the development of the extensive air showers. Such interactions, among other things, depend on the chemical composition of comic rays. Differences in these interactions can cause changes in the fluctuation shape of lateral distribution. Through simulations of showers with different primary particles it may be possible to estimate the composition of ultra high energy cosmic rays comparing the fluctuation shape of the lateral distributions of real events with those from simulated ones. One of the quantities relevant to the fluctuation of the LDF signal is the uncertainty of the stations. The analysis framework of the Pierre Auger Observatory applies a correction to the signal uncertainty of the signal. The parameterization of this correction is obtained empirically. In this work a statistical justification for this correction is proposed and is related to distribution of the signal which is not Poisson, but a composition of processes with different distributions. For this work a library of showers using two simulators of air showers, AIRES and CORSIKA, was produced. The showers simulated with the AIRES used SIBYLL as a hadronic interaction model while COSIKA used EPOS. Showers initiated by protons and iron nuclei with the two simulators were produced, and their angular distribution was considered isotropic. The energy distribution of these events follows a power law and ranges from 1 to 200 EeV. Using the Nishimura, Kamata and Greisen (NKG) function as a parameterization for the LDF, one obtains residues that are systematically positive at stations further from the center of the shower. These stations have a signalclose to the trigger level. One of the hypothesis raised in other works for this behavior is that it is related to the influence of the silent stations, but this work shows that their use has little impact on the fluctuation shape of the LDF. In fact, this effect is caused because the parametrizations of LDF in the Offline ignore that the signals of the stations have a cut due to the trigger, ie, the probability density function that describes the real signal is not the same that describes the observed signal. This work proposes a correction to the parameterizations of the LDF and implements it in the Offline. As a result of this correction, the residues, which were always positive, are significantly reduced and compatible with zero. In this study three independent analysis were performed to compare real and simulated events, two of them not dependent directly of the LDF fit and also not sensitive to the primary particle energy. They allow a comparison between the signals assuming a simple relationship between them. The first case assumes that the difference in signal is due to the muonic component of the shower and the second assumes that the two compared sets of events are well described by NKG functions but with different S1000. The third analysis uses the residues of the LDF fits and is able to observe the composition of as a function of primary particle energy. This last analysis was performed using the NKG function with and without correction of the trigger effect. The different analysis used to estimate the composition of cosmic rays showed results consistent, despite the limitations found in some of them. The primary particle composition obtained from the surface detectors in this work is consistent with the results derived from the elongation rate measured by the fluorescence detectors, supporting the hypotesis that the composition of cosmic rays is predominantly proton becoming heavier for energies above 10 EeV.

Människor förbrukar så mycket resurser att natureninte hinner med att återställa sig och där medförsvinner material allt mera. Det bästa vore om vimänniskor enbart använde oss av material som förbrukadesi samma takt som naturen kan återställa dei.Detta designprojekt fokuserar på Bois Durci, pådess tillverkning och användning. Materialet ärgjort av blod och sågspån och var tillgängligt på1800-1900-talet och försvann när bakeliten kom. Detsägs att materialet är bakelitens fader. I arbetet harjag samarbetat med ett företag från Torsåker i centralaSverige och arbetet utefter deras koncept somgrundar sig i att enbart använda sig av råvaror inomen femmilsradie.Arbetet har utgått från frågeställningen ”Kan BoisDurci tillverkas inom en femmilsradie och hur kanjag som designer ta mig an materialet?” Att användasig av en femmilsradie med utgångspunkten frånTorsåker var inte ett problem, det var enkelt att få tagi både blod och sågspån. Mina tankar på hur jag skata mig an materialet utgår mycket från blodet då detär okänt för många i produktsammanhang. Jag togreda på vad jag och företaget kände inför blod genomatt duscha kroppen i det och fick därmed även andrasreaktioner av foton och film från händelsen. Skissernautgick ifrån vad blod är och vad det betyder ochblev sedan tre utvecklade koncept.Arbetet resulterade i förvaringsaskar där konsumenternahar möjlighet att förvara värdefulla ting. Förvaringenska symbolisera vår kropp med en ask iBois Durci som står för vårt blod, ett skyddande locki skinn som står för vår hud som omsluter kropp ochdet värdefulla som läggs i står för hjärtat.

No estudo dos raios cósmicos de ultra alta energia utilizando detectores de superfície a energia da partícula primária é estimada pela distribuição lateral (LDF - Lateral Distribution Function), que descreve a amplitude do sinal das estações em função da distância ao centro do chuveiro. Entretanto, com exceção da estimativa do centro do chuveiro, não se utiliza a LDF para obter mais nenhuma informação sobre o chuveiro, talvez porque ela não possua uma parametrização que a descreva completamente, especialmente para os chuveiros com energias mais altas. As primeiras interações dos raios cósmicos com a atmosfera são determinantes para o desenvolvimento dos chuveiros atmosféricos extensos. Tais interações dependem, entre outras coisas, da composição química dos raios cósmicos. Diferenças nessas interações podem causar alterações nas flutuações da distribuição lateral. Através de simulações dos chuveiros com diferentes partículas primárias pode ser possível estimar a composição dos raios cósmicos de ultra alta energia, comparando as flutuações das distribuições laterais de eventos reais com as de eventos simulados. Uma das grandezas relevantes para a flutuação da LDF é a incerteza do sinal das estações. O framework de análise do Observatório Pierre Auger aplica uma correção parametrizada empiricamente à incerteza do sinal das estações. Neste trabalho foi apresentada uma justificativa estatística para esta correção, que está relacionada à distribuição do sinal não ser uma Poisson, mas uma composição de processos com diferentes distribuições. Para a realização deste trabalho foi gerada uma biblioteca de chuveiros produzidos por dois simuladores de chuveiros atmosféricos, AIRES e CORSIKA, sendo que o AIRES utilizou o SIBYLL como modelo de interação hadrônica enquanto o CORSIKA utilizou o EPOS. Foram produzidos chuveiros iniciados por prótons e núcleos de ferro com os dois simuladores, e suas distribuições angulares foram consideradas isotrópicas. A distribuição de energia desses eventos segue uma lei de potência e varia entre 1 e 200 EeV. Utilizando a função de Nishimura, Kamata e Greisen (NKG) como parametrização para a LDF se observa resíduos sistematicamente positivos nas estações mais distantes do centro do chuveiro, que também têm o sinal mais próximo do trigger. Uma das hipóteses levantadas em outros trabalhos para esse comportamento é que ele estaria relacionado à influência das estações silenciosas, mas este trabalho mostra que o uso dessas estações tem pouca influência na flutuação da LDF. Na verdade esse efeito é causado porque as parametrizações da LDF no Offline não consideram que os sinais das estações possuem um corte devido o trigger, isto é, que a função de densidade de probabilidade que descreve o sinal real não é a mesma que descreve o sinal que é observado. Neste trabalho é proposta uma correção para as parametrizações da LDF que é implementada no Offline. Como resultado desta correção é observada uma redução significativa dos resíduos que eram sistematicamente positivos e que, após a correção, passam a ser compatíveis com zero. Neste trabalho foram realizadas três análises independentes para comparar os eventos reais com os simulados, das quais duas não dependem diretamente do ajuste da LDF e também não são sensíveis à energia. Elas permitem uma comparação entre os sinais supondo uma relação simples entre eles. No primeiro caso supõe-se que a diferença no sinal é devido à componente muônica do chuveiro e no segundo supõe-se que os dois conjuntos de eventos comparados são bem descritos por funções NKG mas com parâmetros S1000 diferentes. A terceira análise utiliza os resíduos dos ajustes da LDF e permite observar a composição em função da energia da partícula primária. Essa última análise foi realizada utilizando a função NKG com e sem correção do efeito do trigger. As diferentes análises utilizadas para estimar a composição dos raios cósmicos apresentaram resultados consistentes entre si, apesar das limitações encontradas em algumas delas. Todos esses indicadores de composição da partícula primária obtidos pelo detector de superfície são consistentes com os resultados obtidos pelas análises de Xmax do detector de fluorescência, reforçando a tese de que a composição dos raios cósmicos é predominantemente de próton entre 1 e 10 EeV e entre próton e ferro para energias acima de aproximadamente 10 EeV. / The energy of ultra high energy cosmic rays can be estimated from the lateral distribution function (LDF) of the shower as measured by surface detectors. The LDF describes the particle density as a function of the distance from the shower center. However, with the exception of the position of the shower center, no other information is extracted from it, may because it does not have a parametrization or an analytic function that describes it completely. The first interactions of cosmic rays with the atmosphere are decisive for the development of the extensive air showers. Such interactions, among other things, depend on the chemical composition of comic rays. Differences in these interactions can cause changes in the fluctuation shape of lateral distribution. Through simulations of showers with different primary particles it may be possible to estimate the composition of ultra high energy cosmic rays comparing the fluctuation shape of the lateral distributions of real events with those from simulated ones. One of the quantities relevant to the fluctuation of the LDF signal is the uncertainty of the stations. The analysis framework of the Pierre Auger Observatory applies a correction to the signal uncertainty of the signal. The parameterization of this correction is obtained empirically. In this work a statistical justification for this correction is proposed and is related to distribution of the signal which is not Poisson, but a composition of processes with different distributions. For this work a library of showers using two simulators of air showers, AIRES and CORSIKA, was produced. The showers simulated with the AIRES used SIBYLL as a hadronic interaction model while COSIKA used EPOS. Showers initiated by protons and iron nuclei with the two simulators were produced, and their angular distribution was considered isotropic. The energy distribution of these events follows a power law and ranges from 1 to 200 EeV. Using the Nishimura, Kamata and Greisen (NKG) function as a parameterization for the LDF, one obtains residues that are systematically positive at stations further from the center of the shower. These stations have a signalclose to the trigger level. One of the hypothesis raised in other works for this behavior is that it is related to the influence of the silent stations, but this work shows that their use has little impact on the fluctuation shape of the LDF. In fact, this effect is caused because the parametrizations of LDF in the Offline ignore that the signals of the stations have a cut due to the trigger, ie, the probability density function that describes the real signal is not the same that describes the observed signal. This work proposes a correction to the parameterizations of the LDF and implements it in the Offline. As a result of this correction, the residues, which were always positive, are significantly reduced and compatible with zero. In this study three independent analysis were performed to compare real and simulated events, two of them not dependent directly of the LDF fit and also not sensitive to the primary particle energy. They allow a comparison between the signals assuming a simple relationship between them. The first case assumes that the difference in signal is due to the muonic component of the shower and the second assumes that the two compared sets of events are well described by NKG functions but with different S1000. The third analysis uses the residues of the LDF fits and is able to observe the composition of as a function of primary particle energy. This last analysis was performed using the NKG function with and without correction of the trigger effect. The different analysis used to estimate the composition of cosmic rays showed results consistent, despite the limitations found in some of them. The primary particle composition obtained from the surface detectors in this work is consistent with the results derived from the elongation rate measured by the fluorescence detectors, supporting the hypotesis that the composition of cosmic rays is predominantly proton becoming heavier for energies above 10 EeV.

Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECR) can only be measured by the detection of Extensive Air Showers (EAS) created by the interaction of the cosmic ray particle with an atmospheric nuclei. The inference of some of the properties of UHECR, like their mass composition, is only possible by the comparison of measurements of EAS observables to predictions from Monte Carlo simulations. The most important source of uncertainties on the description of EAS by the simulations is the modeling of hadronic interactions. For many years it has been known that the hadronic interaction models fail on predicting the EAS observables related to their muonic component. The most evident manifestation of that is called muon deficit problem due to the fact that the number of muons in EAS with energies above 1018 eV predicted by simulations is smaller than the observed ones. The aim of this thesis is to approach this problem in three distinct fronts. First, a method is developed to interpret measurements of number of muons in terms of cosmic rays composition in despite of the muon deficit problem. Second, an EAS observable which is sensitive to the muon energy spectrum at ground and, consequently, can be used to constrain hadronic interaction models is proposed and tested. Third and final, the muon production in air showers is studied through measurements of hadron production spectra in pion-carbon interactions. / Raios Cósmicos Ultra Energéticos (Ultra-High Energy Cosmic Rays, UHECR) somente podem ser medidos através da detecção dos Chuveiros Atmosféricos Extensos (Extensive Air Showers, EAS) criados pela interação do raio cósmico primário com núcleos atmoféricos. A inferência de algumas propriedados dos UHECRs, como a composição de massa, é possível somente através da comparação entre medidas de observáveis dos EASs com predições geradas por simulações de Monte Carlo. A fonte de incerteza mais importante na descrição de EAS por simulações é a modelagem das interações hadrônicas. Por muitos anos é sabido que os modelos de interação hadrônica falham na predição de observáveis dos EASs relacionados a sua componente muônica. A manifestação mais evidente disso é chamada problema do déficit de múons devido ao fato que o número de múons em chuveiros com energias acima de 1018 eV predito por simulações é menor que os observados. O objetivo desta tese é abordar este problema através de três frentes. Primeiramente, um método é desenvolvido para interpretar as medidas do número de múons em termos de composição de raios cósmicos considerando o problema do déficit de múons. Segundo, a proposta e o teste de um observável que é sensível ao espectro de energia dos múons na superfície e, consequentemente, pode ser usado para discriminar entre os modelos de interação hadrônica. Por último, a produção de múons em chuveiros é estudada através de medidas do espectro de produção de hádrons em interações do tipo píon-carbono.