Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8043_1.pdf: 3446816 bytes, checksum: 55377eb04f6b857ed5c4dc178a6d3491 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2002 / Estudamos efeitos ópticos não-lineares em vapores alcalinos, quando níveis de Rydberg estão envolvidos como estados intermediários, quase ressonantes, em processos como: mistura de quatro ondas (MQO), absorção de dois fótons, geração de soma (SF) e diferença de freqüência (DF). Analisamos um processo de MQO, com transições de dois fótons envolvendo níveis de Rydberg do átomo de rubídio, e observamos franjas de interferência no sinal não linear. Neste estudo, mostramos que é possível ter um controle coerente sobre os múltiplos caminhos quânticos acessíveis ao sistema atômico, explorando a dependência do sinal não linear com a polarização dos feixes incidentes. Medimos a visibilidade das franjas observadas e obtivemos valores de 100% para o contraste da interferência, na ressonância de dois fótons com um nível de Rydberg. Os resultados experimentais apresentam um bom acordo com cálculos teóricos, baseados no formalismo da matriz densidade aplicado a um sistema atômico de quatro níveis. A distribuição de população para um átomo de quatro níveis foi calculada no regime estacionário, resolvendo as equações da matriz densidade em ordens superiores nos campos incidentes. Mostramos que uma interferência entre os caminhos quânticos de excitação de um estado atômico pode levar ao cancelamento ou ao aumento da população desse nível, dependendo das polarizações dos lasers incidentes. Estudamos também efeitos transientes, resolvendo a equação de Schrödinger dependente do tempo para um sistema de três níveis na configuração V, e previmos a ocorrência de oscilações de Rabi de dois fótons, e batimentos quânticos nas populações do sistema atômico. Finalmente, medimos pela primeira vez a geração da DF em uma amostra de rubídio em alta densidade, através de um processo proibido por dipolo elétrico, envolvendo níveis de Rydberg. Utilizando o modelo do campo elétrico estático, induzido por fotoionização, como um mecanismo de quebra de simetria, desenvolvemos cálculos teóricos que permitiram prever a forma espacial do sinal não linear gerado, e comparar com os resultados existentes na literatura para a geração de segundo harmônico em vapores atômicos

Orientadores: Vera Lúcia da Silveira Nantes Button, Marcio Aparecido Müller / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T16:48:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Malthez_AnnaLuizaMetidieriCruz_M.pdf: 1404598 bytes, checksum: 6c50e1c9d0a46804d7c8ac36de121a04 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Devido ao crescimento do uso de radiação ionizante em aplicações médicas, nas últimas décadas, os códigos para simulações de radiação interagindo com a matéria, baseados no Método de Monte Carlo, têm sido constantemente adaptados para aplicações em física médica. O método de Monte Carlo é um método estatístico de simulação numérica de problemas utilizando essencialmente uma sequência de números aleatórios. Atualmente, o método pode ser aplicado em simulações físicas, matemáticas e biológicas; o comportamento dos sistemas é descrito por amostragens aleatórias de funções de densidade de probabilidade e os acúmulos dos valores observados das amostragens produzem o resultado final da simulação. No caso de transporte de radiação, o valor esperado de grandezas de interesse, como, por exemplo, energia depositada ou dose em determinado meio ou volume de interesse simulado, pode ser estimado. Na maior parte das aplicações do método, o processo físico é simulado diretamente, necessitando somente da descrição matemática do processo físico, ou seja, da função densidade de probabilidade. Dentre os códigos mais utilizados para transporte de radiação, destacam-se: o EGS (Electron Gamma Shower); MCNP (Monte Carlo Neutron Photon Transport Code); ITS (Integrated Tiger Serie); PENELOPE (Penetration and Energy Loss of Positrons and Electrons) e o GEANT4 (Geometry and Tracking) disponibilizado pelo CERN (European Organization for Nuclear Research). O GEANT4 é um conjunto de ferramentas computacionais (toolkit) que utiliza programação orientada a objeto em C++, criado através de um projeto internacional e inicialmente utilizado para aplicações em física de altas energias; porém, atualmente é utilizado em áreas que compreendem desde astrofísica até física médica, com energias de 250 eV até 100 TeV. No toolkit do GEANT4 têm sido incorporados diversos processos físicos e partículas que permitem seu uso em física médica. Este código apresenta diversas vantagens em relação aos outros códigos, como, por exemplo, lidar com todos os tipos de partículas, geometrias complexas e estar em C++. Com o uso crescente dos códigos de Monte Carlo e das diversas aplicações do GEANT4 em física médica, publicadas recentemente, este código se apresentou como uma ferramenta promissora para aplicações na área de radioterapia, na qual vêm sendo utilizados diversos tipos de simulações. Considerando as vantagens deste código e suas aplicações em física médica, nesta dissertação de mestrado, foram desenvolvidas diversas simulações para verificar a aplicabilidade e validar o GEANT4 para aplicações em radioterapia. Por exemplo, foi estudada a dependência da energia depositada com parâmetros não-físicos do algoritmo de transporte de elétrons; o transporte de elétrons para energias de 1 a 20 MeV, que no G4 e em diversos outros códigos, apresentou problemas de grande relevância; e a influência do número de eventos nos resultados simulados. Também, foi avaliada a aplicação do G4 no transporte de radiação, através de simulações de elétrons e fótons emitidos por equipamentos e fontes usados em radioterapia, como acelerador linear e fontes de Co-60 e Ir-192, e através de cálculos de algumas grandezas, como dose, alcance e Stopping Power de elétrons monoenergéticos transportados em água. Os resultados em todas as simulações desenvolvidas apresentaram uma exatidão dentro de 2%, indicando que o GEANT4 pode ser utilizado, em simulações de fótons e elétrons, para aplicações em radioterapia / Abstract: Due to the increasing use of ionizing radiation in medical applications, in recent decades, the simulation codes for radiation interacting with matter, based on Monte Carlo Method, have been constantly adapted to applications in medical physics. TheMonte Carlo method is a statisticalmethod of numerical simulation of problems using essentially a sequence of random numbers. Currently, the method can be applied in physical, mathematical and biological simulations, the behavior of systems is described by random sampling of probability density functions and accumulation of the observed values of the samples producing the final result of the simulation. In the case of radiation transport, the expected value of quantities of interest such as, for example, dose or energy deposited in a medium or interest volume simulated, can be estimated. In most applications of the method, the physical process is simulated directly, requiring only the mathematical description of the physical process, ie the probability density function. Among the most commonly used codes for radiation transport are: the EGS (Electron Gamma Shower), MCNP (Monte Carlo Neutron Photon Transport Code), ITS (Integrated Tiger Series), PENELOPE (Penetration and Energy Loss of Electrons and Positrons) and Geant4 (Geometry and Tracking) released by CERN (European Organization for Nuclear Research). The GEANT4 is a set of computational tools (toolkit) that uses object-oriented programming in C++, created through an international project and initially used for applications in high energy physics, but is now used in areas that include from astrophysics to medical physics, with energies of 250 eV to 100 TeV. In the GEANT4 toolkit have been incorporated several physical processes and particles that allow its use in medical physics. This code has several advantages over other codes, for example, dealing with all types of particles and complex geometries and to be in C++. With the increasing use of Monte Carlo codes and the various applications of GEANT4 in medical physics, published recently, this code is presented as a promising tool for applications in radiotherapy, which have been used in various types of simulations. Considering the advantages of this code and its applications in medical physics in this dissertation, it was developed various simulations to verify the GEANT4 applicability and validation for radiotherapy applications. For example, it was study various aspects of implementation of the code, for example, the dependence of the energy deposited with non-physical parameters of the electrons transport algorithm, the transport of electrons to energies 1 to 20 MeV, in which GEANT4 and various other codes, presented problems of great relevance, and the influence of number of events in the simulated results. Also, it was evaluated the application of G4 in the transport of radiation through simulations of photons and electrons emitted by equipment and sources used in radiotherapy, as linear accelerator and sources of Co-60 and Ir-192, and by calculation of some quantities such as dose range and Stopping Power of monoenergetic electrons transported in water. The results in all simulations developed present a accuracy within 2%, indicating that Geant4 can be used, in simulations of photons and electrons, for applications in radiotherapy / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

Nesta tese, estudamos o processo de absorção multifotônica em polímeros e resinas poliméricas, abordando tanto aspectos fundamentais quanto aplicados. Com relação aos aspectos fundamentais, estudamos processos de absorção multifotônica (absorção de dois, três e quatro fótons) no polímero conjugado MEH-PPV (poly(2-methoxy-5-(2´-ethylhexyloxy)-1,4- phenylenevinylene)), utilizando a técnica de Varredura-Z com pulsos ultracurtos. Através desta técnica, determinamos o espectro da absorção de dois, três e quatro fótons do MEHPPV. As seções de choque de absorção de multi-fótons correspondentes a cada processo foram determinadas através do ajuste das curvas experimentais com um conjunto de equações desenvolvidas neste trabalho. Os resultados obtidos permitiram traçar relações entre os espectros não lineares e os níveis de energia do polímero. Na vertente mais aplicada do projeto, estudamos a fotopolimerização de resinas acrílicas através do processo de absorção de dois fótons. Devido ao confinamento espacial da polimerização, graças à absorção de dois fótons, este método permite a confecção de micro-estruturas complexas para diversas aplicações tecnológicas. Além da fabricação de microestruturas convencionais não dopadas, neste trabalho desenvolvemos uma metodologia que possibilita a fabricação de microestruturas dopadas com MEH-PPV, visando a produção de micro-elementos fluorescentes para dispositivos fotônicos, e microestruturas dopadas com quitosana, um polímero biocompatível que pode ser utilizado em aplicações médicas e biológicas. / In this thesis we have studied the multi-photon absorption process in polymers and polymeric resins, exploiting its fundamental as well as technological aspects. Regarding the fundamental aspects, we have studied the multi-photon absorption (two-, three- and four-photon absorption) in the conjugated polymer MEH-PPV (poly(2-methoxy-5-(2´-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene)), by using the Z-scan technique with ultrashort laser pulses. Through this technique, we determined the two-, three- and four-photon absorption spectra of MEH-PPV. The multi-photon absorption cross-sections, corresponding to each specific process, have been determined by fitting the experimental data with a set of equations developed in this work. The results allowed us to correlate the nonlinear absorption spectra to the energy level of the polymer. On the technological side of this thesis, we have investigated the photopolymerization of acrylic resins by two-photon absorption. Because of the spatial confinement of the polymerization, resulting from the two-photon excitation, this method allows the fabrication of complex microstructures which can be used for several technological applications. In addition to the fabrication of undoped microstructures, in this work we have developed a methodology that allows the fabrication of microstructures doped with MEHPPV, aiming the production of fluorescent micro-elements for photonics applications, and microstructures doped with chitosan, a biocompatible polymer, that can be used for medical and biological applications.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work reports on the optical properties of chalcones molecules in solution, using methanol as solvent. For the characterization of the linear optical properties, were obtained absorbance spectra. While for the characterization of the nonlinear optical properties, it has been used techniques hyper-Rayleigh scattering and Z-scan. Using hyper-Rayleigh scattering technique, were determined the first hyperpolarizabilities of the molecules studied. With the Z-scan technique, we could obtain the two-photon absorption spectra at several wavelengths in the range of 480 to 790 nm. From the two-photon absorption spectra were possible to determine the coefficients of two-photon absorption and their respective cross section. The results help to understand the effects of substituents added to the basic structure of chalcones in both linear optical properties as nonlinear. / Neste trabalho, estudamos as propriedades ópticas de moléculas de chalconas em solução, usando o metanol como solvente. Para a caracterização das propriedades ópticas lineares foram determinados os espectros de absorção. Na caracterização das propriedades ópticas não lineares foram utilizadas as técnicas de espalhamento hiper-Rayleigh e de varredura-Z. Utilizando a técnica de espalhamento hiper-Rayleigh foram determinadas as primeiras hiperpolarizabilidades das moléculas estudadas. Com a técnica de varredura-Z conseguimos obter os espectros de absorção de dois fótons em vários comprimentos de onda no intervalo dos 480 aos 790 nm. A partir dos espectros de absorção de dois fótons foi possível determinar o coeficiente da absorção de dois fótons e sua respectiva seção de choque. Os resultados ajudam a compreender os efeitos de substituintes, adicionados à estrutura básica das chalconas, tanto nas propriedades ópticas lineares quanto não lineares.

Nesta tese, estudamos o processo de absorção multifotônica em polímeros e resinas poliméricas, abordando tanto aspectos fundamentais quanto aplicados. Com relação aos aspectos fundamentais, estudamos processos de absorção multifotônica (absorção de dois, três e quatro fótons) no polímero conjugado MEH-PPV (poly(2-methoxy-5-(2´-ethylhexyloxy)-1,4- phenylenevinylene)), utilizando a técnica de Varredura-Z com pulsos ultracurtos. Através desta técnica, determinamos o espectro da absorção de dois, três e quatro fótons do MEHPPV. As seções de choque de absorção de multi-fótons correspondentes a cada processo foram determinadas através do ajuste das curvas experimentais com um conjunto de equações desenvolvidas neste trabalho. Os resultados obtidos permitiram traçar relações entre os espectros não lineares e os níveis de energia do polímero. Na vertente mais aplicada do projeto, estudamos a fotopolimerização de resinas acrílicas através do processo de absorção de dois fótons. Devido ao confinamento espacial da polimerização, graças à absorção de dois fótons, este método permite a confecção de micro-estruturas complexas para diversas aplicações tecnológicas. Além da fabricação de microestruturas convencionais não dopadas, neste trabalho desenvolvemos uma metodologia que possibilita a fabricação de microestruturas dopadas com MEH-PPV, visando a produção de micro-elementos fluorescentes para dispositivos fotônicos, e microestruturas dopadas com quitosana, um polímero biocompatível que pode ser utilizado em aplicações médicas e biológicas. / In this thesis we have studied the multi-photon absorption process in polymers and polymeric resins, exploiting its fundamental as well as technological aspects. Regarding the fundamental aspects, we have studied the multi-photon absorption (two-, three- and four-photon absorption) in the conjugated polymer MEH-PPV (poly(2-methoxy-5-(2´-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene)), by using the Z-scan technique with ultrashort laser pulses. Through this technique, we determined the two-, three- and four-photon absorption spectra of MEH-PPV. The multi-photon absorption cross-sections, corresponding to each specific process, have been determined by fitting the experimental data with a set of equations developed in this work. The results allowed us to correlate the nonlinear absorption spectra to the energy level of the polymer. On the technological side of this thesis, we have investigated the photopolymerization of acrylic resins by two-photon absorption. Because of the spatial confinement of the polymerization, resulting from the two-photon excitation, this method allows the fabrication of complex microstructures which can be used for several technological applications. In addition to the fabrication of undoped microstructures, in this work we have developed a methodology that allows the fabrication of microstructures doped with MEHPPV, aiming the production of fluorescent micro-elements for photonics applications, and microstructures doped with chitosan, a biocompatible polymer, that can be used for medical and biological applications.

Apresentamos neste trabalho o projeto e a construção de um Oscilador Paramétrico Ótico (OPO), demonstrando o caráter quântico da correlação de intensidade dos feixes sinal e complementar nele produzidos a partir de um feixe de bombeio de 532 nm. Estudamos ainda a compressão quântica de ruído no feixe de bombeio refletido por uma cavidade de OPO, obtendo 38 % de redução (abaixo do limite quântico) no ruído de quadratura de um feixe de 1064 nm produzido por um laser de Nd:YAG. Por fim, observamos a formação de estruturas nos feixes de saída para cavidades com modos transversos degenerados (confocal e concêntrica) e demonstramos pela primeira vez o caráter multimodo transverso das correlações quânticas em um OPO com cavidade confocal. / We present in this work the project and construction of an Optical Parametric Oscillator (OPO), showing the quantum behavior in the intensity correlation of signal and idler beams, generated from a 532 nm pump. We have also studied the quantum noise compression in the pump beam reflected from an OPO cavity, obtaining 38 % of noise reduction below the vacuum fluctuations in the quadrature of a 1064 nm beam coming from a Nd:YAG laser. Finally, we observed the pattern formation in the output beams for transverse degenerate cavities (confocal and concentric) and we show, for the first time to our knowledge, the transverse multimode behavior in the quantum correlation of a confocal OPO.

Nesta tese estudamos a relação entre as propriedades de absorção de multi-fótons e a estrutura molecular de três classes distintas de compostos orgânicos π-conjugados: derivados de vitamina A, complexos de platina acetilada e compostos quirais. Materiais orgânicos emergiram nas últimas décadas como candidatos para aplicações em dispositivos fotônicos, principalmente aqueles envolvendo processos de absorção multifotônica, uma vez que suas propriedades podem ser facilmente otimizadas através de engenharia molecular. Devido às diferenças inerentes entre as estruturas químicas dos compostos aqui investigados, foi possível verificar individualmente a influência do comprimento de conjugação, da presença de grupos doadores e aceitadores de elétrons (estruturas push-pull), da planaridade molecular e de efeitos de comprimento de ligação sobre a seção de choque de absorção multifotônica. Para tanto, foram utilizadas as técnicas de Varredura-Z convencional e com contínuo de luz branca, espectroscopia de fluorescência por absorção de multi-fótons e fluorescência resolvida no tempo. Para correlacionar as propriedades moleculares com os espectros não-lineares, foram utilizados cálculos de química quântica em conjunto com o modelo de soma de estados essenciais. Através desse modelo foi possível associar aspectos puramente moleculares, como o momento de dipolo de transição, o momento de dipolo estático, a força do oscilador e a largura de linha dos estados eletrônicos com a estrutura molecular dos cromóforos, visando futuras aplicações tecnológicas. Resultados de espectroscopia de absorção de dois fótons revelaram que os derivados da vitamina A, como o trans-β-apo-8-carotenal e all-trans β-caroteno, possuem magnitudes da seção de choque extremamente elevadas (~5000 GM), indicando-os como materiais promissores para armazenamento óptico 3D. Os complexos de platina acetilada apresentaram características impares para aplicações em dispositivos de limitação de potência óptica baseados em processos de absorção de dois e três fótons como, elevadas absortividades não-lineares, boa transparência óptica, baixo limiar de limitação, alto intervalo dinâmico e rápido tempo de resposta. Por fim, os compostos quirais abriram possibilidades de explorar novos efeitos em óptica não-linear como, por exemplo, efeito de dipolo magnético e quadrupolo elétrico, apenas modificando o estado de polarização da luz. / In this thesis we studied the relationship between the multi-photon absorption properties and the molecular structure of three distinct classes of π-conjugated organic compounds: derivatives of vitamin A, platinum acetylide complexes and chiral compounds. Organic materials have emerged as potential candidates for applications involving multiphoton absorption, since their properties can be changed through molecular engineering. Because of the inherent differences between the molecular structures of the compounds investigated here, it was possible to verify the influence of conjugation length, electron donor and acceptors groups (push-pull structures), molecular planarity and effects of bond length alternation on the multi-photon absorption cross-section. To investigate such properties, we have employed the conventional and white-light continuum femtosecond Z-scan technique and multi-photon and time-resolved fluorescence spectroscopy. We have also employed quantum chemical calculation and the essential sum-over-states approach to correlate the impact of molecular properties on the nonlinear spectra. It was possible to link pure molecular features such as transition dipole moment, static dipole moment, oscillator strength and states linewidth with the chromophores structures, aiming at future applications. The two-photon absorption spectroscopy results revealed that the derivatives of vitamin A, such as trans-β-apo-8-carotenal and all-trans β-carotene, present cross-sections values extremely high (~ 5000 GM), indicating them as promising materials for 3D optical storage. The platinum acetylide complexes can be applied in optical power limiting devices based on the two- and three-photon absorption process, since they present unique features, such as high nonlinearity, good optical transparency, low threshold limit, high dynamic range and fast response time. Finally, the chiral compounds opened up new possibilities to be explored in nonlinear optics, such as the effect of magnetic dipole and electric quadrupole, only manipulating the polarization state of the light.

Este trabalho teve como objetivo a montagem de um sistema de otimização de pulsos ultracurtos (oscilador laser modelocked de 15 fs), através de uma técnica de formatação de pulsos via absorção de dois fótons em compostos orgânicos. Está técnica utiliza uma estratégia evolucionária baseada em um algoritmo genético, onde se controla o formato do pulso pela deformação imposta a um espelho deformável, conjuntamente com o monitoramento de um sinal de realimentação. Desta forma, este sistema permite tanto a otimização do processo de absorção de dois fótons, quanto a otimização do próprio pulso do sistema laser. Após a montagem inicial do sistema de formatação de pulsos, foram implementados três métodos de otimização via monitoramento do processo de absorção de dois fótons, sendo que dois deles foram desenvolvidos nesta dissertação. Os métodos diferem entre si pelo emprego de distintos sinais de realimentação para o processo de otimização: (i) intensidade da fluorescência excitada por dois fótons; (ii) variação da transmitância não linear dos compostos orgânicos devido à absorção de dois fótons; e (iii) intensidade do efeito de lente térmica apresentada pelos compostos orgânicos após a absorção de dois fótons. Os três métodos de otimização apresentaram resultados similares e satisfatórios, aproximando a largura temporal do pulso ao final do processo de otimização da largura temporal dada pelo limite da transformada de Fourier, medidas através de técnicas de autocorrelação. Estes resultados apontam para a validade do uso dos métodos por nós desenvolvidos como alternativas para processos de otimização de pulsos ultracurtos. / In this work it is described the implementation of an ultrashort pulse optimization system (15 fs modelocked oscillator) that employs pulse shaping methods via two-photon absorption in organic materials. This technique uses an evolutionary strategy based on a Genetic Algorithm, where the pulse shape is controlled by a deformable mirror, while a feedback signal is monitored. In this way, this system allows both, the two-photon absorption process and pulse optimization. After the accomplishment of the pulse shaping system, we have implemented three distinct optimization methods via two-photon absorption monitoring, being two of them proposed in the present dissertation. These three methods differs from each other by the use of different feedback signals for the optimization process: (i) intensity of the two-photon excited fluorescence; (ii) nonlinear transmittance change in organic compounds due to the two-photon absorption; and (iii) intensity of the thermal lens effect. All optimization methods presented similar and satisfactory results, leading the ultrashort pulse, in the end of the optimization process, close to the Fourier transformed limit. In such cases, the pulse duration were determined through the autocorrelation technique. These results indicates that the new methods proposed here can be used as an alternative for both, pulse optimization and control of two-photon absorption process, specially for nonfluorescent samples.

A técnica de eco de fótons com luz temporalmente incoerente (EFLI) foi utilizada neste trabalho para a medida do tempo de relaxação transversal T2 do Iodeto de 3-3´-Dietiloxadicarbonocianina (DODCI) como função da temperatura. Nestes experimentos foi utilizado um laser de corante de banda larga, bombeado pelo 2&#176 harmônico de um laser de Nd+3 : YAG Q-switched. Este laser operou com os corantes Kiton Red 620 e rodamina 640, cujos máximos do espectro de emissão estão respectivamente em 598 e 610 nm. O tempo de relaxação T2, que é proporcional ao inverso da largura de linha homogênea, segue uma dependência funcional com a temperatura do tipo T-1,9. Encontramos o valor de T2 entre 0 e 30fs para &#955 = 598nm e entre 30 e 590fs para &#955 = 610nm, no intervalo de temperatura entre 300 e 60k. Os perfis das medidas de EFLI podem ser descritos por um modelo baseado num sistema quântico de dois níveis / The photon echo with incoherent light technique (EFLI) has been used in this work for the measurement of the transverse relaxation time T2 in 3-3´-Dietiloxadicarboncyanine Iodide (DODCI) as a function of the temperature. A broad-band dye laser, pumped by the second harmonic of a Q-switched Nd+3 : YAG laser, was used in this experiment. The laser used Kiton Red 620 and rodamine 640 dyes, whose maxima output power are respectively around 598 and 610nm. The relaxation time T2 , which is inversely proportional to the homogeneous linewidth, depends on the temperature according to a T-1,9 Law. We found the value of T2 ranging from 0 to 30fs at 598nm and from 30 to 590fs at 610nm in the temperature range between 300 and 60K. The EFLI profiles can be described by means of a two-level quantum system model

Sendo o método mais preciso para estimar a dose absorvida em radioterapia, o Método de Monte Carlo (MMC) tem sido amplamente utilizado no planejamento de tratamento radioterápico. No entanto, a sua eciência pode ser melhorada para aplicações clínicas de rotina. Nesta dissertação é apresentado o código CUBMC, um código de Monte Carlo que simula o transporte de fótons para cálculo de dose, desenvolvido na plataforma CUDA (Compute Unified Device Architecture). A simulação de eventos físicos é baseada no algoritmo presente no código PENELOPE, e as tabelas de seção de choque utilizadas são geradas pela rotina MATERIAL, também presente no código PENELOPE. Os fótons são transportados em objetos simuladores descritos por voxels. Existem duas abordagens distintas utilizadas para a simulação. A primeira delas obriga o fóton a realizar uma parada toda vez que cruza a fronteira de um voxel, a segunda e pelo Método de Woodcock, onde o fóton ignora a existência de fronteiras e é transportado em um meio homogêneo fictício. O código CUBMC tem como objetivo ser uma opção de código simulador que, ao utilizar a capacidade de processamento paralelo de unidades de processamento gráfico (GPU), apresente alto desempenho em máquinas compactas e de baixo custo, podendo assim ser aplicado em casos clínicos e incorporado a sistemas de planejamento de tratamento em radioterapia. / As the most accurate method to estimate absorbed dose in radiotherapy, Monte Carlo Method (MCM) has been widely used in radiotherapy treatment planning. Nevertheless, its efficiency can be improved for clinical routine applications. In this master thesis, the CUBMC code is presented, a GPU-based MC photon transport algorithm for dose calculation under the Compute Unified Device Architecture (CUDA) platform. The simulation of physical events is based on the algorithm used in PENELOPE, and the cross section table used is the one generated by the MATERIAL routine, also present in PENELOPE code. Photons are transported in voxel-based geometries with different compositions. There are two distinct approaches used for transport simulation. The first of them forces the photon to stop at every voxel frontier, the second one is the Woodcock method, where the photon ignores the existence of borders and travels in homogeneous fictitious medium. The CUBMC code aims to be an alternative for Monte Carlo simulator code that, by using the capability of parallel processing of graphics processing units (GPU), provides high performance simulations in low cost compact machines, and thus can be applied in clinical cases and incorporated in treatment planning systems for radiotherapy.