Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A Física das Radiações é um ramo da Física que está presente em diversas áreas de estudo e se relaciona ao conceito de espectrometria. Dentre as inúmeras técnicas espectrométricas existentes, destaca-se a espectrometria por fluorescência de raios X. Esta também possui uma gama de variações da qual pode-se dar ênfase a um determinado subconjunto de técnicas. A produção de fluorescência de raios X permite (em certos casos) a análise das propriedades físico-químicas de uma amostra específica, possibilitando a determinação de sua constituiçõa química e abrindo um leque de aplicações. Porém, o estudo experimental pode exigir uma grande carga de trabalho, tanto em termos do aparato físico quanto em relação conhecimento técnico. Assim, a técnica de simulação entra em cena como um caminho viável, entre a teoria e a experimentação. Através do método de Monte Carlo, que se utiliza da manipulação de números aleatórios, a simulação se mostra como uma espécie de alternativa ao trabalho experimental.Ela desenvolve este papel por meio de um processo de modelagem, dentro de um ambiente seguro e livre de riscos. E ainda pode contar com a computação de alto desempenho, de forma a otimizar todo o trabalho por meio da arquitetura distribuída. O objetivo central deste trabalho é a elaboração de um simulador computacional para análise e estudo de sistemas de fluorescência de raios X desenvolvido numa plataforma de computação distribuída de forma nativa com o intuito de gerar dados otimizados. Como resultados deste trabalho, mostra-se a viabilidade da construção do simulador através da linguagem CHARM++, uma linguagem baseada em C++ que incorpora rotinas para processamento distribuído, o valor da metodologia para a modelagem de sistemas e a aplicação desta na construção de um simulador para espectrometria por fluorescência de raios X. O simulador foi construído com a capacidade de reproduzir uma fonte de radiação eletromagnética, amostras complexas e um conjunto de detectores. A modelagem dos detectores incorpora a capacidade de geração de imagens baseadas nas contagens registradas. Para validação do simulador, comparou-se os resultados espectrométricos com os resultados gerados por outro simulador já validado: o MCNP. / Radiation Physics is a branch of Physics that is present in various studying areas and relates to the concept of spectrometry. Among the numerous existing spectrometry techniques, there is the X-ray fluorescence spectrometry. It also has a range of variations which can emphasize a particular subset of techniques. The production of X-ray fluorescence enables (in some cases) the analysis of physical and chemical properties of a given sample, allowing the determination of its chemical constitution and also a range of applications. However, the experimental analysis may require a large workload, both in terms of physical apparatus and in relation to technical knowledge. Thus, the simulation comes into play as a viable path between theory and experiment. Through the Monte Carlo method, which uses the manipulation of random numbers, the simulation is a kind of alternative to the experimental analysis. It develops this role by a modeling process, within a secure environment and risk free. And it can count on high performance computing in order to optimize all the work through the distributed architecture. The aim of this paper is the development of a computational simulator for analysis and studying of X-ray fluorescence systems developed on a communication platform distributed natively, in order to generate optimal data. As results, has been proved the viability of the simulator implementation through the CHARM++ language, a language based on C++ which incorporate procedures to distributed processing, the value of the methodology to system modelling e its application to build a simulator for X-ray fluorescence spectrometry. The simulator was built with the ability to reproduce a eletromagnetic radiation source, complex samples and a set of detectors. The modelling of the detectors embody the ability to yield images based on recorded counts. To validate the simulator, the results were compared with the results provided by other known simulator: MCNP.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

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A proposta do referente estudo foi medir a espessura do depósito de um metal em outro metal base, ou seja, utilizar o processo eletroquímico de Galvanoplastia ou eletrodeposição deste metal, por meio da técnica de fluorescência de raios X (XRF). O uso desta técnica justificou-se pelo interesse em reduzir os custos excessivos durante o processo eletroquímico, bem como, minimizar as possíveis margens de erros para obter resultados satisfatórios nas medidas. Neste trabalho, incluíram-se as medidas da espessura do Níquel (Ni) e análises da intensidade de radiação incidentes e a radiação atenuante, em função da espessura dos elementos Cromo (Cr) e Zinco (Zn), considerando como metal base o elemento Ferro (Fe). Em decorrência disso, em todos os casos foram simulados os processos de deposição do metal onde foram incluídos os resultados de absorção de raios X, além de desprezar a influência de outros fatores como a temperatura, o pH, o tratamento de superfície, entre outros, os quais são necessários para considerar em cada caso. / The proposal concerning the study was to measure the thickness of the deposit of a basemetal into another metal, ie, using the electrochemical processes of the electroplating orelectrodeposition of this metal, through the technique of X-ray fluorescence (XRF). The use of this technique was justified by the interest in reducing the excessive costs during the electrochemical process, as well as minimize the possible margins of error to obtain satisfactory results in the measures. In this paper, we include measures of the thickness of the nickel (Ni) and analysis of radiation mitigation and radiation incidents, according to the thickness of the elements Chromium (Cr) and zinc (Zn), taking as base metal element iron (Fe). As a result, in all cases were simulated processes of metal deposition which included the results of X-ray absorption, and neglect the influence of other factors such as temperature, pH, surface treatment, among others, which are necessary to consider in each case.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A Física das Radiações é um ramo da Física que está presente em diversas áreas de estudo e se relaciona ao conceito de espectrometria. Dentre as inúmeras técnicas espectrométricas existentes, destaca-se a espectrometria por fluorescência de raios X. Esta também possui uma gama de variações da qual pode-se dar ênfase a um determinado subconjunto de técnicas. A produção de fluorescência de raios X permite (em certos casos) a análise das propriedades físico-químicas de uma amostra específica, possibilitando a determinação de sua constituiçõa química e abrindo um leque de aplicações. Porém, o estudo experimental pode exigir uma grande carga de trabalho, tanto em termos do aparato físico quanto em relação conhecimento técnico. Assim, a técnica de simulação entra em cena como um caminho viável, entre a teoria e a experimentação. Através do método de Monte Carlo, que se utiliza da manipulação de números aleatórios, a simulação se mostra como uma espécie de alternativa ao trabalho experimental.Ela desenvolve este papel por meio de um processo de modelagem, dentro de um ambiente seguro e livre de riscos. E ainda pode contar com a computação de alto desempenho, de forma a otimizar todo o trabalho por meio da arquitetura distribuída. O objetivo central deste trabalho é a elaboração de um simulador computacional para análise e estudo de sistemas de fluorescência de raios X desenvolvido numa plataforma de computação distribuída de forma nativa com o intuito de gerar dados otimizados. Como resultados deste trabalho, mostra-se a viabilidade da construção do simulador através da linguagem CHARM++, uma linguagem baseada em C++ que incorpora rotinas para processamento distribuído, o valor da metodologia para a modelagem de sistemas e a aplicação desta na construção de um simulador para espectrometria por fluorescência de raios X. O simulador foi construído com a capacidade de reproduzir uma fonte de radiação eletromagnética, amostras complexas e um conjunto de detectores. A modelagem dos detectores incorpora a capacidade de geração de imagens baseadas nas contagens registradas. Para validação do simulador, comparou-se os resultados espectrométricos com os resultados gerados por outro simulador já validado: o MCNP. / Radiation Physics is a branch of Physics that is present in various studying areas and relates to the concept of spectrometry. Among the numerous existing spectrometry techniques, there is the X-ray fluorescence spectrometry. It also has a range of variations which can emphasize a particular subset of techniques. The production of X-ray fluorescence enables (in some cases) the analysis of physical and chemical properties of a given sample, allowing the determination of its chemical constitution and also a range of applications. However, the experimental analysis may require a large workload, both in terms of physical apparatus and in relation to technical knowledge. Thus, the simulation comes into play as a viable path between theory and experiment. Through the Monte Carlo method, which uses the manipulation of random numbers, the simulation is a kind of alternative to the experimental analysis. It develops this role by a modeling process, within a secure environment and risk free. And it can count on high performance computing in order to optimize all the work through the distributed architecture. The aim of this paper is the development of a computational simulator for analysis and studying of X-ray fluorescence systems developed on a communication platform distributed natively, in order to generate optimal data. As results, has been proved the viability of the simulator implementation through the CHARM++ language, a language based on C++ which incorporate procedures to distributed processing, the value of the methodology to system modelling e its application to build a simulator for X-ray fluorescence spectrometry. The simulator was built with the ability to reproduce a eletromagnetic radiation source, complex samples and a set of detectors. The modelling of the detectors embody the ability to yield images based on recorded counts. To validate the simulator, the results were compared with the results provided by other known simulator: MCNP.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta dissertação são apresentados resultados de simulações Monte Carlo de fluorescência de raios X (XRF), utilizando o programa GEANT4, para medidas de espessura de revestimento metálico (Ni e Zn) em base metálica (Fe). As simulações foram feitas para dois tamanhos de espessura para cada metal de revestimento, (5μm e 10μm), com passos de 0,1 μm e 0,001 μm e com 106 histórias. No cálculo da espessura do revestimento foram feitas as aproximações de feixe de raios X monoenegético, com a análise da transmissão apenas da energia do K-alfa e para uma geometria compatível com um sistema real de medição (ARTAX-200). Os resultados mostraram a eficiência da metodologia de simulação e do cálculo da espessura do revestimento, o que permitirá futuros cálculos, inclusive para multirevestimentos metálicos em base metálica. / This dissertation is presented results of x-ray fluorescence (XRF) Monte Carlo simulations) using GEANT4 for metallic coating (Ni and Zn) thickness determination on metallic base (Fe). The simulations were made for two values of coating thickness for each covering (5 μm and 10 μm), with steps of 0.1 μm and 0.001 μm, and with 106 stories. The monoenergetic x-ray approach was used assuming the transmission of only K-alpha line. The experiment and geometry was similar to the real system of measurement (ARTAX-200 ). The results showed the efficiency of the simulation methodology, as well as the ability to measure the thickness of coating by XRF. Thus, a continuation of this study for multilayer metal coating could be promising.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho utilizou-se a técnica fluorescência de raios X usando radiação síncrotron (SR-TXRF) para estudar, quantitativamente, o transporte de cloro, potássio e cálcio na hemolinfa, urina e túbulos de Malpighi (TM) em ninfas de quinto estágio do Rhodnius prolixus (R. prolixus), considerando a excreção destes elementos em diferentes dias após o repasto sanguíneo. R. prolixus é um dos principais vetores do Trypanosoma cruzi, agente causador da doença de Chagas. R. prolixus fornece um sistema modelo particularmente útil porque seus TMs tanto secretam quanto reabsorvem íons a taxas elevadas. Os TMs filtram a hemolinfa e secretam um líquido que é muitas vezes comparado com a urina primária em vertebrados. Os resultados obtidos mostram que a concentração de potássio na urina é substancialmente maior do que na hemolinfa. A concentração de cloro na hemolinfa é menor do que na urina, mas a diferença não é tão marcada como no caso do potássio. No caso do Rhodnius é razoável interpretar a elevada concentração de potássio na urina como adaptativo para o problema de excreção imediato do inseto. A concentração de cálcio nos TMs é substancialmente maior em comparação com os valores encontrados na hemolinfa e urina. Este resultado mostra que o cálcio é retido no corpo do R. prolixus e pouco eliminado. Os resultados obtidos estão coerentes com a literatura. Avaliou-se também o efeito no transporte de Cl, K e Ca após um repasto de sangue de coelho contaminado com HgCl2 de modo a avaliar o efeito da presença deste metal tóxico no balanço iônico nos fluidos de excreção urina e hemolinfa e também pelo principal órgão de transporte, os túbulos de Malpighi. As excreções de Cl e K pela urina são afetadas pela ingestão. Este resultado é esperado levando-se em consideração a ingestão de excesso de Cl através do HgCl2. O transporte de Cl, K e Ca na hemolinfa do Rhodnius prolixus não é afetada pela ingestão de HgCl2. Nos túbulos de Malpighi, as altas concentrações de Ca obtidas foram comparáveis àquelas encontradas nos insetos controle. Pode-se concluir que SR-TXRF é um método muito promissor para análises diretas, rápidas e confiáveis para a quantificação simultânea de elementos envolvidos na regulação do transporte e em todo o sistema excretor de insetos. Além disso, o estudo do transporte e a excreção de elementos no inseto Rhodnius prolixus abrem oportunidade para a maior compreensão de efeitos da poluição em espécies de invertebrados. / In this work, we investigated changes in the concentrations of Cl, K and Ca, in 5th instar using total reflection X-ray fluorescence Rhodnius prolixus with synchrotron radiation (SR-TXRF). The elements were quantified using urine, hemolymph and Malpighian tubules samples collected on different days after a blood meal. Rhodnius prolixus is one of the most important vectors of the Trypanosoma cruzi, causative agent of Chagas? disease. R. prolixus provides a particularly useful model system because its MTs both secrete and reabsorb ions at high rates. The TMs filter hemolymph and secrete a liquid that is often compared with the primary urine in vertebrates. The experimental results showed that the concentration of potassium in the urine is substantially greater than in the hemolymph. The concentration of chlorine in the hemolymph is generally less than in the urine, but the difference is not so marked as in the case of potassium. In the case of Rhodnius, it is reasonable to interpret the high concentration of potassium in the urine as adaptive to the animals? immediate excretory problem. The concentration of calcium in the TMs is substantially greater than in both the hemolymph and the urine. This result shows that that calcium is retained in the body and not eliminated. These results are in accordance with the literature. We also investigated whether dietary mercury contamination may influence the transport of Cl, K and Ca by the hemolymph, urine and Malpighian tubules of R. prolixus fed on blood containing HgCl2. The results suggested that dietary Hg contamination may influence the Cl and K contents during excretion of the urine. It was expected considering the large amounts of chlorine ingested by Rhodnius prolixus in its meals of blood containing HgCl2. Statistical analysis showed no significant variation in all elements contents for hemolymph samples. The main conclusion which can be drawn from the results is that in all the insects studied calcium is deposited in Malpighian tubules. These observations point out that the analytical approach of the SR-TXRF method can be efficiently used to measure elements involved in the transport regulation into insect Malpighian tubules and also provides useful data concerning the biological effects of pollution on invertebrate species.

Une nouvelle technique qui localise et identifie les éléments fluorescents dans un échantillon a été développé. Cette modalité d'imagerie pratique utilise une source de rayons X poly-chromatique pour irradier l'échantillon et favoriser l'émission de fluorescence. De nombreux facteurs qui affectent l'ensemble du système comme l'atténuation, l'auto-absorption de l'échantillon, la probabilité de fluorescence et la diffusion Compton ont été pris en compte. Ensuite, un système de détection efficace a été établi pour acquérir les données de fluorescence optimales et discriminer entre les éléments en fonction de leur fluorescence caractéristiques. Ce dispositif, couplé avec une technique de reconstruction d'image approprié conduit à une image détaillée à deux dimensions. Par rapport aux techniques classiques de reconstruction d'image, la méthode de reconstruction développée est une technique statistique qui a une convergence appropriée vers une image avec une résolution acceptable. En outre, c'est une technique simplifiée qui permet l'imagerie de nombreuses applications différentes. / A new technique that localizes and identifies fluorescing elements in a sample wasdeveloped. This practical imaging modality employs a polychromatic X-ray source toirradiate the sample and prompts the fluorescence emission. Many factors affecting thewhole system like attenuation, sample self-absorption, probability of fluorescence andCompton scattering were taken into account. Then, an effective detection system wasestablished to acquire the optimum fluorescence data and discriminate betweenelements depending on their characteristic fluorescence. This set-up, coupled with anappropriate image reconstruction technique leads to a detailed two-dimensional image.Compared to the conventional image reconstruction techniques, the developedreconstruction method is a statistical technique and has an appropriate convergencetoward an image with acceptable resolution. Moreover, it is a simplified technique thatallows the imaging of many different applications.

Ce travail de thèse porte sur l'analyse de nanofils de ZnO dopés au cobalt par implantation ionique, en utilisant la fluorescence des rayons X, la spectroscopie d'absorption des rayons X et les techniques de diffraction des rayons X à l'échelle nanométrique sur la ligne de lumière ID22 de l'Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron. Les nanofils sont obtenus par croissance catalysée sur des substrats de p-Si (100). Les nanofils de ZnO synthétisés ont été dopés avec du cobalt par d'implantation ionique. Pour la première fois, l'utilisation combinée des techniques de caractérisation par rayons X citées ci-dessus nous permet d'étudier l'homogénéité de la distribution des dopants, la composition, ainsi que l'ordre structurel à courte et grande distance de nanofils individuels. Les résultats de la nano-fluorescence des rayons X indiquent que le dopage au cobalt par implantation ionique dans les nanofils de ZnO est homogène, avec les concentrations désirées. La spectroscopie d'absorption de rayons X et l'analyse des données de diffraction de rayons X fournissent de nouvelles informations sur la distorsion du réseau cristallin produite par l'introduction de défauts structuraux par le processus d'implantation ionique. Ces résultats soulignent l'importance du recuit thermique après l'implantation pour récupérer la structure des nanofils de ZnO à l'échelle du nanomètre. Les mesures complémentaires de micro-photoluminescence et cathodo-luminescence corroborent ces résultats. En conclusion, les méthodes utilisées dans cette thèse ouvrent de nouvelles voies pour l'application de mesures multi-techniques basées sur le rayonnement synchrotron pour l'étude détaillée des nanofils semi-conducteurs à l'échelle nanométrique. / The PhD dissertation focuses on the investigation of single Co-implanted ZnO nanowires using X-ray fluorescence, X-ray absorption spectroscopy, and X-ray diffraction techniques with nanometer resolution at the beamline ID22 of the European Synchrotron Radiation Facility. The ZnO nanowires were grown on p-Si (100) substrates using vapor-liquid-solid mechanism. The synthesized ZnO nanowires were doped with Co via an ion implantation process. For the first time, the combined use of these techniques allows us to study the dopant homogeneity, composition, short- and large-range structural order of individual nanowires. The nano-X-ray fluorescence results indicate the successful and homogeneous Co doping with the desired concentrations in the ZnO nanowires by an ion implantation process. The nano-X-ray absorption spectroscopy and X-ray diffraction data analyses provide new insights into the lattice distortions produced by the structural defect formation generated by the ion implantation process. These findings highlight the importance of the post-implantation thermal annealing to recover the structure of single ZnO nanowires at the nanometer length scale. Complementary microphotoluminescence and cathodoluminescence measurements corroborrate these results. In general, the methodologies used in this work open new avenues for the application of synchrotron based multi-techniques for detailed study of single semiconductor nanowires at the nanoscale.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP