A hipótese de que a matéria estranha de quarks (um plasma composto por quarks up, down e strange em quantidades aproximadamente iguais) é estável `a pressão nula vem sendo considerada há mais de vinte anos, tanto teoricamente quanto em experimentos específicos para sua eventual detecção. Se a matéria estranha é de fato estável, então poderia haver importantes implicações para a Astrofísica. Entre as mais estimulantes destas implicações está a possibilidade de conversão da matéria nuclear ordinária em matéria estranha no interior das estrelas de nêutrons devido ás altíssimas densidades ali encontradas. Processos tais como coalescência em binárias de estrelas de nêutrons e as próprias supernovas, eventos responsáveis pelo nascimento destas estrelas, poderiam ejetar estruturas finitas de matéria estranha, chamadas strangelets (equivalentes aos núcleos), no meio interestelar. Desta forma, strangelets estariam presentes entre os primários de raios cósmicos e seriam sujeitas a processos elementares análogos aos núcleos ordinários. Nesta Tese, as strangelets são estudadas desde os prováveis sítios para sua produção astrofísica, passando por interações com a matéria do meio interestelar, ate a chegada ás imediações terrestres. Estima-se o fluxo de strangelets de baixa energia que poderia ser mantido aprisionado na magnetosfera da Terra, bem como são estudados os processos de suas interações com componentes da atmosfera, com vistas às assinaturas observacionais então resultantes. Desta forma, são determinadas as características relevantes para a identificação destes exóticos por experimentos que testam o fluxo de raios cósmicos, ajudando na melhor compreensão das propriedades da matéria nuclear em alta densidade bariônica e baixa temperatura. / The strange quark matter hypothesis, which states that a plasma composed of quarks up, down and strange in roughly equal amounts is absolutely stable at zero pressure, has been studied for more than twenty years, both theoretically and during searches for its detection in specific experiments. If strange quark matter is indeed stable, then there could be important implications for the field of Astrophysics. Among the most stimulating ones is the possibility of conversion of ordinary nuclear matter in strange quark matter in the interior of neutron stars due to the extremely high densities reached in the core of these compact objects. Processes such as the merger in neutron star binaries systems and supernovae themselves, responsible for the birth of these stars, may eject lumps of strange quark matter, termed strangelets, in the interstellar medium. In this way, strangelets may be present among the cosmic ray flux and be subjected to elementary processes much in the same way as ordinary nuclei. In this Thesis, strangelets are studied from their likely astrophysical production sites, passing through the interstellar medium until they reach the Earth neighborhood. Estimates of the low energy flux of strangelets that could be trapped in the terrestrial magnetosphere are given. Also, the interaction of these particles with components in the Earth atmosphere are studied with the aim of providing better understanding of the resulting observational signatures. It allows the determination of the relevant characteristics for the identification of these exotics by experiments testing the cosmic ray flux, helping to better understand the properties of nuclear matter at high densities and low temperatures.

Estudou-se a adsorção de Cd(II) e Pb(II) em uma suspensão de vermiculita 1,0 g L-1 em meio de KNO3 2 e 20 mmoI L-1 em pH 5,0; 6,0 e 7,0 (±0,1). Após um tempo de equilíbrio de 6 h, as suspensões foram centrifugadas e o sobrenadante analisado por voltametria de redissolução anódica em condições de fluxo contínuo na etapa de acumulação. A capacidade de adsorção e afinidade das ligações, avaliadas pelos métodos de Scatchard e Freundlich, foi maior para o Pb(II) do que para o Cd(II), aumentando para ambos os cátions com o aumento do pH e diminuição da força iônica. De modo geral, a incorporação de substância húmica na vermiculita, obtida a partir de uma suspensão 30 mg L-1 de ácido húmico (AH), aumentou a capacidade de adsorção de Pb(II) e Cd(II) nas condições estudadas. Em uma segunda etapa estudou-se a adsorção do herbicida atrazina (AT) e os metabólitos hidróxi-atrazina (HAT), desetil-atrazina (DEA) e desisopropil-atrazina (DIA) em amostra de solo. O estudo foi conduzido em suspensão contendo 1,0 g de solo e 5 mL de solução de CaCI2 0,01 moI L-1 em pH 5,2 ± 0,1, contendo o herbicida e os metabólitos. Após um tempo de equilíbrio de 24 h, as suspensões foram centrifugadas e as soluções analisadas por HPLC. O tratamento de dados pelos métodos de Scatchard e Freundlich revelou a ordem de afinidade e capacidade de adsorção: HAT > AT > DEA =~ DIA, tanto na presença, como na ausência de AH. / The adsorption of Cd(lI) and Pb(lI) was studied in a 1,00 g I-1 vermiculite suspension in 2 and 20 mmol I-1 KNO3 medium at pH 5,0; 6,0 and 7,0 (±0,1). After 6 h of equilibrium time, the suspensions were centrifuged and the supernatants analyzed by anodic stripping voltammetry under continuous flow in the accumulation step. To evaluate the adsorption capacity and the binding affinity, the Scatchard and Freundlich methods were employed, showing a greater removal process for Pb(II), increasing for both ions at higher pH values and smaller ionic strength. In short, the vermiculite treated with a 30 mg I-1 humic acid (HA) suspension showed an enhancement of the adsorption capacity for Cd(lI) and Pb(lI) under alI conditions of this study. Secondly, the adsorption process of the herbicide atrazine (AT), and the metabolites hidroxyatrazine (HAT), deethylatrazine (DEA) and deisopropylatrazine (DIA) was studied in a soil sample. The study was carried out in a 5 ml suspension with 1,0 g of soil in 0,01 moI I-1 CaCl2 solution, pH 5.2 ± 0.1, in the presence of the herbicide and metabolites. After an equiIibrium time of 24 h, the suspensions were centrifuged and the supernatants analyzed using HPLC. The data treatment using Scatchard and Freundlich methods revealed the following adsorption capacity and affinity order: HAT > AT > DEA =~DIA, in the presence or absence of HA.

Segundo o Atlas Brasileiro de Energia Solar, apesar das diferentes características climáticas observadas no Brasil, pode-se constatar que a média anual de irradiação solar global apresenta boa uniformidade e elevados índices por todo o país. Os valores desta grandeza em quase toda a extensão do território brasileiro (4200-6700 Wh/m2/dia) são superiores aos da maioria dos países da União Europeia, como Alemanha (900-1250 Wh/m2/dia), França (900-1650 Wh/m2/dia) e Espanha (1200-1850 Wh/m2/dia), onde projetos para aproveitamento de energia solar, alguns contando com fortes incentivos governamentais, são amplamente disseminados. Grande parte dos avanços científicos obtidos nos estudos sobre aproveitamento da energia solar se deve à utilização de simuladores solares compactos nos experimentos de longa duração. Ao substituir o Sol por fontes artificiais, como lâmpadas capazes de emitir radiação próxima à solar, os simuladores eliminam a dependência de fatores naturais como condições climáticas, horário do dia, intermitência e movimento de direção da radiação solar. O projeto proposto para esta dissertação de Mestrado teve como objetivo o domínio do processo de concepção e fabricação de um simulador solar concentrador formado por lâmpadas e um refletor ótico. Uma vez dominada a técnica, um modelo piloto de simulador solar foi construído e alguns testes executados para avaliar a qualidade do projeto, a resistência dos componentes e o fator de concentração do aparato. / According to the Brazilian Atlas of Solar Energy, despite the different climatic characteristics observed in Brazil, the annual average of global solar irradiation has good uniformity and high levels throughout the country. The values of global solar irradiation in almost the entire length of Brazil (4200-6700 Wh/m2/day) are higher than those observed in most European Union countries, like Germany (900-1250 Wh/m2/day), France (900-1650 Wh/m2/day) and Spain (1200-1850 Wh/m2/day), where projects for solar energy applications, some of them relying on strong government incentives, are widely disseminated. Several scientific and technological advances made in the study of solar energy applications are due to the use of compact solar simulators in long-term experiments. Replacing the Sun by artificial sources, such as arc lamps with radiation emission similar to the Sun spectrum, indoor simulators avoid the dependence on natural conditions such as the weather, the daytime, the sunlight intermittence and the directional change of the solar radiation. The project proposed for this dissertation aimed to master the design and manufacturing processes of a high-flux solar simulator consisting of arc lamps and an optical reflector. Once technique was understood, a solar simulation pilot model was built and some tests were performed to assess the project quality, the resistance of components and the apparatus concentration factor.

Esta tese apresenta um estudo da influência da morfologia (bulk e nanofibras) no comportamento da forma dopada (PANI-ES) e desdopada (PANI-EB) da polianilina (PANI) frente ao aquecimento e alta pressão, utilizando espectroscopia Raman e no infravermelho no monitoramento da resposta destes materiais. Outras técnicas, como análise térmica acoplada a espectrometria de massas (TGA-MS) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) foram utilizadas para complementar a caracterização e suportar os resultados. Além da PANI pura, foram sintetizados e caracterizados compósitos de nanofibras de PANI contendo nanopartículas de ouro (Au); e a interação da PANI-ES com diferentes nanoestruturas de ouro foi estudada pela técnica SERRS. Foi reportada uma diferença nos segmentos induzidos termicamente (aromáticos ou não aromáticos), formados pelas ligações cruzadas dependendo da forma da PANI (PANI-ES ou PANI-EB). Além disso, foi verificado que a morfologia teve um papel importante no comportamento térmico dos polímeros, sendo as nanofibras de PANI-ES mais resistentes ao processo de desdopagem que a forma bulk. Considerando o efeito da pressão, os resultados mostraram uma reação na PANI-EB iniciando em ca. 9 GPA e, nesta reação, a morfologia não possuiu um papel fundamental, até pressões de 15 GPa. Para a PANI-ES, observou-se a ocorrência de algumas mudanças espectrais após a descompressão do sistema, sugerindo a desdopagem e a formação de ligações cruzadas induzidas pela pressão. Os compósitos de PANI-Au obtidos tinham PANI na forma condutora e os resultados sugeriram que sua eletroatividade e capacitância foram intensificadas. Por fim, os estudos da investigação da interação da PANI com nanopartículas de Au mostraram que a PANI é uma excelente molécula prova para avaliar o desempenho de substratos SERRS excitados com laser em 1064 nm, devido à alta estabilidade da PANI e a possibilidade de avaliação quase que exclusiva da contribuição do mecanismo eletromagnético na intensificação SERRS. / This thesis presents a study on the influence of the morphology (bulk and nanofibers) in the behavior of the doped (PANI-ES) and dedoped (PANI-EB) forms of polyaniline (PANI) to different perturbations, such as heating and high pressure, monitoring the materials responses by Raman and infrared spectroscopies. Other techniques such as mass spectrometry coupled-thermogravimetry analysis (TGA-MS) and scanning electron microscopy (SEM) were used to complement the characterization and support the results. In addition to pure PANI, PANI composites containing gold (Au) nanoparticles were synthesized and characterized and the interaction of PANI-ES with different gold nanostructures was also studied by SERRS technique. A difference in the thermally induced segments (aromatic or non-aromatic) was reported, formed by cross-links depending on the PANI form (PANI-ES or PANI-EB). Furthermore, the morphology played an important role in the thermal behavior of the polymers, nanofibers of PANI-ES were more resistant to dedoping process than its bulk counterparts. Considering the high pressure effect, the results showed a reaction on PANI-EB starting at ca. 9 GPa and, in this reaction, the morphology played no important role, up to pressures of 15 GPa. For PANI-ES, the occurrence of some spectral changes was observed after decompression of the system, suggesting the dedoping and cross-linking reaction induced by pressure. PANI-Au composites presented PANI in its conducting form and the results suggested that its electroactivity and capacitance were enhanced. Finally, the investigation of the interaction of PANI with Au nanoparticles showed that PANI is an excellent molecule to evaluate the performance of SERRS substrates excited at 1064 nm, due to PANI\'s high stability and the possibility of evaluating almost exclusively the contribution of the electromagnetic mechanism acting in SERRS enhancement.

Este trabalho tem por objetivo o estudo de concretos leves com agregados inovadores de argila vermelha calcinada e subprodutos agroindustriais. A argila utilizada na pesquisa foi caracterizada por meio das técnicas de limites de liquidez (LL) e plasticidade (LP), análise granulométrica, análise química e difração de raios X (DRX). Foram confeccionados corpos de prova de argila vermelha calcinada com incorporações de serragem de madeira, cinza do bagaço da cana-de-açúcar e silicato de sódio. Os corpos de prova de argila vermelha calcinada, queimados à temperatura de 900 °C, foram caracterizados por meio da avaliação da retração linear, absorção de água, porosidade aparente, massa específica aparente, expansão por umidade e resistência à compressão. Após a caracterização dos corpos de prova de argila vermelha calcinada, foram produzidos dois tipos de agregados, sendo o primeiro composto por 57% de argila e 43% de cinza do bagaço de cana-de-açúcar, conformados com água e silicato de sódio (proporção 1:1), e o segundo composto por 70% de argila e 30% de serragem de madeira. Os corpos de prova de concreto leve foram caracterizados pelos ensaios de slump, massa específica fresca, resistência à compressão, módulo de deformação, retração por secagem, absorção de água, índice de vazios e massa específica aparente e condutividade térmica. Os resultados desta pesquisa indicam a viabilidade da produção de agregados leves de argila vermelha calcinada com incorporações de subprodutos agroindustriais para utilização em concretos, uma vez que, mesmo com grande quantidade de utilização de subprodutos agroindustriais na produção dos agregados leves, os concretos produzidos com esses agregados apresentaram características similares aos concretos produzidos com agregados comerciais, apresentando um ganho econômico e energético significativo. / This paper aims to study lightweight concrete with innovative calcined clay lightweight aggregates made with agro-industrial by-products. The clay used in this research was characterized by techniques of liquid and plastic limits, particle size analysis, chemical analysis and X-ray diffraction (XRD). Calcined clay specimens were made with incorporations of wood sawdust, sugar cane ash and sodium silicate. These specimens, burned at a temperature of 900°C, were characterized by evaluating of linear shrinkage, water absorption, apparent porosity, specific mass, moisture expansion and compressive strength. After characterization of calcined clay specimens, two types of calcined clay lightweight aggregates with agro-industrial by-products were produced, wherein the first made with 57% of clay and 43% of sugar cane ash, mixed with water and sodium silicate (proportion 1:1) and the second made with 70% clay and 30% wood sawdust, mixed with water and burned at 900 °C. Specimens of lightweight concrete were characterized by slump test, fresh specific mass, compressive strength, modulus of elasticity, water absorption, voids and bulk density and thermal conductivity. Results of this research indicates the viability to produce calcined clay lightweight aggregates made with agro-industrial by-products to use in concrete, even using large amount of agro-industrial by-products, once concretes made with lightweight aggregates with agro-industrial by-products presented similar characteristics than those made with commercial aggregates, presenting significant energetic gain.

As Faltas de Alta Impedância (FAI) causadas pelo rompimento de um condutor da rede primária podem trazer risco à segurança pessoal e ao patrimônio. A detecção deste defeito se faz, portanto, necessária. Não há na literatura um método que estabeleça a solução definitiva para este problema. Ainda, os estudos, quando não baseados em sinais reais, utilizam, por vezes, modelos determinísticos ou que não representam por completo as características geradas pelo defeito. Por este motivo, este trabalho propõe um modelo de falta de alta impedância que visa representar, com elevado detalhamento, a natureza do evento. O modelo desenvolvido é parametrizável para que possa representar as características dos sinais de falta e suas variações, inclusive as não determinísticas, as quais se referenciam na literatura, reproduzindo o comportamento típico de uma falta de alta impedância. O programa de simulação computacional empregado para este fim foi o ATPDraw. Para a validação do sinal gerado pelo modelo, além da comparação visual com sinais de falta reais, foi elaborado um algoritmo de detecção de FAI, o qual busca por características do fenômeno já conceituadas na literatura, com o propósito de analisar o sinal da corrente de falta gerado pelo modelo quando inserido em um sistema de distribuição de energia elétrica. Foi observada a progressão temporal do fenômeno, desde o rompimento do condutor até a formação dos arcos voltaicos. Do sinal de falta, em síntese, foram observadas características como: assimetria, variação de assimetria, ocorrência de buildup, presença e variação dos componentes harmônicos e inter-harmônicos. A observação dessa variedade de características é necessária na detecção de FAI e é coerente com o modelo proposto, já que este é o único presente na literatura capaz de reproduzi-las simultaneamente. Dos casos de falta simulados, todos foram detectados pelo algoritmo de detecção, indicando que os sinais de falta de alta impedância produzidos pelo modelo possuem as características que ele foi projetado para gerar. / High Impedance Faults (HIF) caused by primary conductor rupture can pose personal safety risk and danger to property. Detection of this event is, therefore, required. There is no proposed method in the literature that establishes a decisive solution to this problem. Studies, when not based on real signals, sometimes use deterministic models or models that do not entirely represent the event\'s characteristics. For this reason, this research proposes a high impedance fault model that intend to represent, with high level of details, the nature of this event. The developed model is parametrizable so it can represent fault signal characteristic and its variations, reproducing the typical high impedance fault behavior. The software ATPDraw was used for this purpose. For model\'s behavior and signal validation, in addition to visual comparison with real HIF signals, a detection algorithm was developed, which searches for HIF characteristics presented on literature, with the intent of analyzing the fault current signal generated by the model when inserted on an electrical distribution system. The temporal progression of the event was observed from the conductor rupture until electric arc ignition. From the fault current, characteristics such as: asymmetry, asymmetry variation, buildup, presence and variation of harmonic and inter-harmonic frequencies were analyzed. The evaluation of this variety of characteristics is needed for HIF detection and it only makes sense because the proposed model is the only one presented in literature capable of reproducing of all them simultaneously. All detection tests resulted in positive identification, confirming that the proposed HIF model possesses the intended characteristics.

Introdução: A Síndrome da Imunodeficiência Adquirida ocorre devido presença do vírus HIV no organismo afetando o sistema imunológico, podendo deteriorá-lo, permitindo a manifestação de infecções oportunistas. Estas infecções podem acometer o Sistema Auditivo Periférico trazendo prejuízo à audição dos indivíduos infectados. A literatura aponta a avaliação da Audiometria em Altas Frequências como um preditor importante para as alterações deste sistema. Objetivo: Caracterizar as manifestações audiológicas em indivíduos com HIV / AIDS submetidos e não submetidos à terapia antirretroviral. Método: A avaliação audiológica foi realizada em 28 indivíduos do GPI com HIV/AIDS, submetidos à terapia antirretroviral; 24 indivíduos do GPII com HIV/AIDS, não submetidos à terapia antirretroviral e 45 indivíduos saudáveis do GC. Os exames audiológicos que compuseram esta pesquisa foram: Audiometria Tonal Convencional, Logoaudiometria, Audiometria em Altas Frequências, Medidas de Imitância Acústica. Resultado: Para as medidas de Imitância Acústica não houve diferença estatisticamente significante para os resultados obtidos entre os grupos, tanto para a Timpanometria, como para os Reflexos Acústicos. Observou-se também, que para os três grupos, a proporção de resultados normais para a Timpanometria é maior, enquanto para os Reflexos Acústicos, a maior proporção foi de resultados alterados. Os grupos GPI e GPII, compostos por indivíduos com HIV/AIDS apresentam alterações tanto na avaliação audiológica convencional, como em altas frequências. Em relação à Audiometria Tonal Convencional, na comparação entre os grupos, observou-se limiares auditivos mais elevados nas frequências de 250 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz, 6000 Hz e 8000 Hz para os indivíduos com HIV/AIDS. No que diz respeito à Audiometria em Altas Frequências, os resultados obtidos demonstraram, também, limiares auditivos mais elevados em indivíduos com HIV/AIDS nas frequências de 10 KHz, 11,2 KHz, 12,5 KHz, 14KHz, 18 kHz e 20 KHz. Conclusão: Para as Medidas de Imitância Acústica, não foi observada diferença entre os três grupos. Indivíduos com HIV/AIDS apresentam mais alteração na Audiometria Tonal Convencional e na Audiometria em Altas Frequências quando comparados a indivíduos saudáveis, sugerindo, comprometimento do sistema auditivo periférico. Não houve diferença significativa entre indivíduos com HIV/AIDS submetidos e não submetidos à terapia antirretroviral / Introduction: Acquired Immune Deficiency Syndrome occurs as a result of the presence of the HIV virus in the body affecting the immunological system, potentially making it deteriorate, allowing the manifestation of opportunistic infections. These infections can attack the peripheral hearing system causing hearing damage to the infected individuals. Literature indicates High Frequency Audiometry as an important pointer to the alterations of the peripheral hearing system. Objective: To characterize the audiological manifestations in individuals with HIV/AIDS submitted and not submitted to antiretroviral therapy. Method: The audiological evaluation was carried out in 28 individuals of GPI with HIV/AIDS submitted to antiretroviral therapy; 24 individuals of GPII with HIV/AIDS not submitted to the antiretroviral therapy and 45 healthy individuals of GC. The audiological tests that make up this survey were: Conventional Tonal Audiometry, Speech Audiometry, High Frequency Audiometry and Acoustic Immitance Measures. Result: In the measurement of Acoustic Immitance, there was no statistically significant difference in the results obtained amongst the groups, for Tympanometry Test and for Acoustic Reflexes. It was also observed that for the three groups, the percentage of normal results for Tympanometry Test was higher, whilst for Acoustic Reflexes the higher percentage was of altered results.The groups GPI and GPII, formed by individuals with HIV/AIDS, presented alterations in the conventional audiological evaluation as well as in the high frequency one. With regards to the Conventional Tonal Audiometry, in the comparison amongst the groups, it showed higher audiometrics thresholds in frequencies of 250 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz, 6000 Hz and 8000 Hz for individuals with HIV/AIDS. Regarding High Frequency Audiometry, the results also showed higher audiometrics thresholds in individuals with HIV/AIDS in frequencies of 10 KHz, 11,2 KHz, 12,5 KHz, 14KHz, 18 kHz and 20 KHz. Conclusion: There was no difference in the Measurements of Acoustic Immitance observed amongst the three groups Individuals with HIV/AIDS present more alterations in Conventional Tonal Audiometry and in High Frequency Audiometry when compared to healthy individuals which indicates a compromise on the peripheral hearing system. There was no significant difference between individuals with HIV/AIDS submitted and not submitted to antiretroviral therapy

High-mass stars play a significant role in the evolution of the Universe and the process that leads to the formation of such objects is still an open question in Astrophysics. The details of the structures connected to the central sources, such as the circumstellar disks and the morphology of the jets at their launching points, still lack of observational evidence. In this thesis, the high-mass star forming process is investigated in terms of the evolution of high-mass clumps selected from the ATLASGAL survey based on their CO emission in the sub-millimetre. While single-dish sub-millimetre observations provide a large-scale view of the high-mass star formation process, higher angular resolution observations are required to disentangle the details of the protostars within the clumps. For this, three-dimensional infrared spectroscopy was obtained for a group of RMS sources to characterise the circumstellar environment of high-mass YSOs in linear scales of ~100-1000 AU. The ATLASGAL TOP100 sample offers a unique opportunity to analyse a statistically complete sample of high-mass clumps at different evolutionary stages. APEX data of three rotational J transitions of the CO (the CO(4-3), CO(6-5) and CO(7-6)) were used to characterise the properties of their warm gas (~155 K) content and to derive the relations between the CO and the clump properties. The CO line luminosities were derived and the analysis indicated that the CO emission increases as a function of the evolutionary stage of the clumps (from infrared-weak to HII regions) and as a function of the bolometric luminosity and mass of the sources. The comparison of the TOP100 with low-mass objects observed in the CO(6-5) and CO(7-6), together with CO(10-9) data observed for a complementary sample of objects indicated that the dependency of the CO luminosity with the bolometric luminosity of the sources gets steeper towards higher-J transitions. Although the CO luminosity of more luminous clumps are systematically larger than the values obtained for the less luminous sources, the individual analysis of each subsample suggests a similar dependency of the CO luminosity versus the bolometric luminosity for each luminosity regime. Finally, the presence of high-velocity CO emission observed for the TOP100 suggests that ~85% of the sources are driving molecular outflows. The selection of isolated high-mass objects undergoing mass accretion is fundamental to investigate if these objects are formed through an accretion disc or if they are formed by merging of low-mass YSOs. The near-infrared window provides one of the best opportunities to investigate the interior of the sub-mm clumps and study in details their individual members. Thanks to the relatively high-resolution obtained in the K-band and the moderate reddening effects in the K-band, a sample of eight (8) HMYSOs exhibiting large-scale H2 outflows were selected to follow-up K-band spectroscopic observations using the NIFS spectrometer (Gemini North). All sources exhibit extended continuum emission and exhibit atomic and molecular transitions typical of embedded objects, such as Brackett-gama, H2 and the CO lines. The H2 lines are tracing the launching point of the large-scale jets in scales of ~100 AU in five of eight sources (63%). The identification of jets at such small scales indicates that these objects are still undergoing mass accretion. The Brackett-gama emission probes the ionised gas around the HMYSOs. The analysis of the Brackett-gama spectro-astrometry at sub-pixel scales suggests that the line arises from the cavity of the outflows or from rotating structures perpendicular to the H2 jets (i.e., disc). Five sources also exhibit CO emission features (63%), and three HMYSOs display CO absorption features (38%), indicating that they are likely associated with circumstellar discs. By further investigating the kinematics of the spatially resolved CO absorption features, the Keplerian mass of three sources was estimated in 5±3, 8±5 and 30±10 solar masses. These results support that high-mass stars are formed through discs, similarly as observed towards low-mass stars. The comparison between the collimation degree of the molecular jets or outflows detected in the NIFS data with their large-scale counterparts indicate that these structures present a relatively wide range of collimation degrees. / Estrelas de alta massa têm grande impacto na evolução do Universo e o processo de formação destes objetos ainda é um problema em aberto na Astrofísica. Os detalhes das estruturas associadas às regiões mais próximas dos objetos centrais, tais como os discos circunstelares e a morfologia dos jatos próximos à base de lançamento, ainda não foram estudados em detalhe e carecem de evidências observacionais. Esta tese apresenta um estudo da formação de estrelas de alta massa em termos da evolução de glóbulos de alta massa (clumps), selecionados a partir do levantamento ATLASGAL, a partir de observações da molécula do CO na faixa espectral do sub-milimétrico. Enquanto observações \"single-dish\" no sub-milimétrico possibilitam o estudo em larga escala do processo de formação de estrelas de alta massa, observações com maior resolução angular são necessárias para investigar os detalhes das protoestrelas no interior dos glóbulos. Para isso, espectroscopia tri-dimensional no infra-vermelho próximo foi obtida para um grupo de fontes RMS para caracterizar o meio circunstelar de objetos estelares jovens e de alta massa (HMYSOs) em escalas lineares de ~100-1000 UA. A amostra TOP100 oferece uma oportunidade ímpar de analisar um conjunto estatisticamente completo de glóbulos de alta massa em diversas fases evolutivas. Observações realizadas com o radiotelescópio APEX de três transições rotacionais da molécula do CO (CO(4-3), CO(6-5) e CO(7-6)) foram utilizadas para estudar as propriedades do gás morno (~155 K) associado aos glóbulos, e obter as relações entre a emissão do CO e as propriedades físicas dos glóbulos. A luminosidade das diferentes transições do CO foi obtida e sua análise mostrou que a emissão do gás aumenta em função do estágio evolutivo dos glóbulos (de glóbulos com emissão fraca no infravermelho longínquo a regiões HII) e em função da luminosidade bolométrica e massa dos glóbulos. A comparação entre os glóbulos de alta massa presentes na amostra TOP100 com fontes de menor massa observadas nas transições do CO(6-5) e CO(7-6), juntamente com a análise de uma amostra complementar de fontes observadas na transição do CO(10-9) mostrou que a dependência da luminosidade do CO com a luminosidade bolométrica aumenta em função do número quântico J associado à transição do CO. Este estudo também mostrou que as relações entre a luminosidade do CO e dos clumps são dominadas pelas fontes de alta luminosidade presentes na amostra analisada. A análise individual de fontes de baixa e alta luminosidade sugerem que a dependência entreas luminosidades do CO e bolométrica é a mesma em ambos os regimes de luminosidade, embora as luminosidades do CO sejam sistematicamente maiores para os glóbulos de alta massa. Por fim, a análise da emissão do CO em altas-velocidades mostrou que ~85% dos glóbulos presentes na amostra TOP100 apresentam jatos moleculares. A seleção de objetos de alta massa isolados em estágio de acreção ativa é crucial para decidir se ela ocorre através de um disco de acreção e/ou via fusão de YSOs de menor massa. Para isso, observações no infra-vermelho próximo são ideais para se investigar o conteúdo dos glóbulos sub-milimétricos e resolver seus membros individuais. Devido a alta resolução espacial na banda K e a extinção interestelar moderada nesta faixa espectral, um conjunto de oito (8) HMYSOs associados a jatos em H2 em larga-escala foram selecionados para observações espectroscópicas na banda K utilizando o espectrômetro NIFS no Gemini Norte. Todos os objetos investigados com o NIFS apresentam emissão extendida no contínuo, bem como nas linhas espectrais típicas de fontes jovens, tais como o Brackett-gama, transições do H2 e a emissão nas bandas moleculares do CO. A emissão em H2 está associada aos jatos moleculares em escalas de ~100 UA em cinco das oito fontes (63%). A indentificação de jatos moleculares em escalas tão próximas ao objeto central indica que o processo de acreção de massa ainda está ativo nestes objetos. A emissão do Brackett-gama provém do gás ionizado nas regiões mais próximas das fontes centrais ou regiões de choque próximas aos jatos. A espectro-astrometria da linha do Brackett-gama em escalas de sub-píxeis, indica que a emissão do gás ocorre nas cavidades dos jatos moleculares ou delineiam estruturas alinhadas perpendicularmente aos jatos, tais como os discos de acreção. Cinco fontes também apresentam emissão nas bandas do CO (63%), e três HMYSOs apresentam linhas do CO em absorção (38%), indicando que estes objetos apresentam discos de acreção. A massa total do sistema \"disco e protoestrela\" foi determinada a partir do estudo da cinemática das linhas de absorção do CO, detectadas em três objetos. A partir de modelos de rotação Kepleriana, as massas das fontes foram estimadas em 5±3, 8±5 e 30±10 massas solares. Os resultados obtidos a partir da espectroscopia tri-dimensional no infravermelho corroboram a hipótese de que estrelas de alta massa são formadas a partir de acreção por discos, de maneira similar ao observado para estrelas de baixa massa. A comparação entre a morfologia dos jatos moleculares identificados nos campos do NIFS e das correspondentes contrapartidas em escalas maiores indicam que os jatos apresentam diferentes graus de colimação ao longo de suas estruturas, explicadas pela multiplicidade de fontes nas proximidades da base de lançamento dos jatos ou efeitos de precessão no objeto central.

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

O objetivo desse trabalho foi o de avaliar o desempenho de um reator anaeróbio híbrido de alta taxa (AHHR), contendo biomassa imobilizada em leito ordenado, alimentado com a fração líquida de esterco bovino, na produção de biogás. No estudo, foi utilizado um reator anaeróbio de fluxo ascendente de 12,4 L de volume total (9,2 L de volume útil) com leito ordenado composto por hastes de espuma de poliuretano (PU). O leito ordenado utilizado possuía 32 hastes de espuma de 1,25 cm2 de seção com 50,0 cm de comprimento, posicionadas verticalmente no interior do reator. A alimentação do reator e a recirculação foram realizadas por meio de bombas dosadoras de diafragma. O reator operou na faixa mesofílica de temperatura (de 20 a 40 &#176C) sem a utilização de mecanismos de controle de temperatura. Foram testadas 7 condições operacionais diferentes, variando o tempo de detenção hidráulica (TDH), carga orgânica volumétrica (COV) aplicada e a utilização de recirculação interna. Para cada fase operacional, foram avaliadas a remoção de matéria orgânica e a produção de biogás. O sistema apresentou elevada remoção de matéria orgânica operando com TDH de 3 e 1d, respectivamente, com valores médios de remoção de DQO de 79 &#37 e 71 &#37. O biogás produzido pelo reator apresentou concentração de metano de 57,6 ± 0,5 &#37 e não foi detectada a presença de sulfeto. A maior produção média de metano foi de 1,676 L CH4/d, obtida com COV de 20 kg DQO/m3.d e TDH de 1d, enquanto a maior produção relativa de metano foi de 0,023 L CH4./ g SV.d, obtida com COV de 5 kg DQO/m3.d e TDH de 1d e recirculação. A relação entre alcalinidade intermediária e parcial teve valor médio de 0,32, oscilando na maior parte do tempo entre 0,27 e 0,33, indicando a estabilidade do processo de digestão anaeróbia. Os resultados obtidos indicaram o potencial satisfatório do AHHR para a remoção de matéria orgânica e produção de biogás a partir da fração líquida do esterco bovino nas condições operacionais testadas na pesquisa. / This study aimed at evaluating the biogas production for electricity generation performance of an anaerobic high-rate hybrid reactor (AHHR), containing immobilized biomass in structured-bed, fed with the liquid fraction of cattle manure. In this study, it was used an upflow 12,4 L anaerobic reactor (9,2 L working volume) with structuredbed composed by 32 PU foam stripes (1,25 cm2 cross section and 500 mm length) vertically fixed inside the reactor. The reactor feeding and internal recirculation was made by diaphragm metering pumps. The reactor operated at mesophilic temperature (20 - 40 &#176C) without temperature control system. Different operating conditions were tested (7 stages), changing hydraulic retention time (HRT), organic loading rate (OLR) and recirculation use. COD removal and biogas production were evaluated for each operational condition. The system resulted in high COD removal operating with HRT of 3 and 1d, respectively, with average COD removal of 79 &#37 and 71 &#37. Produced biogas had 57,6 ± 0,5 &#37 of methane and no sulfide. The highest average volumetric methane production was 1,676 L CH4, obtained with OLR of 20 kg COD/m3.d and 1d HRT, and the highest methane yield was 0,023 L CH4/ g VS obtained with OLR of 5 kg COD/m3.d, 1d HRT and recirculation. The intermediate and partial alkalinity relation had an average value of 0,32, varying most of the time between 0,27 and 0,33, indicating the anaerobic digestion process stability. The results indicated the decent COD removal and biogas production using the AHHR fed with the liquid fraction of cattle manure at the operation conditions used in this study.