O campo da modificação de materiais, através da implantação iônica, vem crescendo amplamente, impulsionado pelas aplicações tecnológicas na biologia, medicina, eletrônica, e outras áreas. Um dos aspectos relacionados ao entendimento desses novos materiais é a identificação e caracterização dos danos produzidos, após a irradiação. Nesse trabalho, foi proposto estudar as modificações microscópicas, após irradiação com feixe de íons de alta energia, em três diferentes polímeros: o policarbonato(Makrofol KG), com espessura de 8 µm; o polialil diglicol carbonato PADC (CR39), espessura 900 µm; e o nitrato de celulose (LR115), espessura 12µm. As amostras foram irradiadas com feixe de Au de 350 MeV no acelerador Cíclotron do Hahn-Meitner Institut (HMI) em Berlim. As amostras de Makrofol KG foram dispostas em superposição de 6 folhas posicionadas perpendicularmente à direção do feixe e foram irradiadas com fluências de 10^8, 10^9 e 10^11 íons/cm^2. As amostras de CR39 e LR115 foram irradiadas com fluência de 10^9 íons/cm^2, sem superposição das amostras. O estudo comparativo dos danos estruturais nas amostras, antes e após a irradiação, foi realizado através de técnicas analíticas como Espectroscopia de Absorção no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Difração de Raios X (XRD), Análise com Detecção de Recuo Elástico (ERDA), e Corrosão Química, para visualização e caracterização dos poros através do microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura. A análise FTIR das amostras mostrou haver diminuição do número de ligações simples, em favor do aumento do número de ligações duplas e triplas, após irradiação das amostras. Além disso, observou-se que a intensidade dos danos observados aumenta com o poder de freamento médio dos íons de Au durante a penetração nas amostras. A análise XRD, por sua vez, permitiu verificar um decréscimo da cristalinidade do Makrofol KG irradiado, enquanto observou-se indicações de variação da densidade do CR39, após irradiação, e inexistência de variação no LR115. A metodologia proposta para análise das amostras através da técnica ERDA não se mostrou eficiente para determinar a variação no teor de H das mesmas após a irradiação, não sendo possível obter resultados conclusivos para as amostras. Na análise dos poros, após corrosão química, observou-se diferentes comportamentos. As amostras de CR39 apresentaram uma evolução de superfície porosa para superfície pontiaguda com o aumento do tempo de corrosão, e obteve-se o valor Va = 1,213 (17) µm/h para a velocidade de abertura do poros. Por outro lado, as diferentes folhas de Makrofol KG mantiveram a topografia porosa, sendo que a velocidade de abertura dos poros apresentou dependência com o poder de freamento dos íons na irradiação. Comparando amostras com valores semelhantes do poder de freamento, o resultado de Va obtido para o Makrofol é cerca de três vezes maior que o obtido para o CR39. / The research in the field of material modification with ion implantation has greately improved, stimulated by technological applications in biology, medicine, electronics and other related areas. One of the correlated aspects in understanding these new materials is the identification and characterization of the damage produced by ion beam irradiation. In this work, we propose to identify the microscopic modification in polymers, after their irradiation with a high energy beam. Three polymers have been used: polycarbonate foils (Makrofol KG), 8 µm thick; polyalyl diglycol carbonate PADC (CR39) 900 µm thick and cellulose nitrate(LR115) 12 µm thick. The samples were irradiated with 350 MeV Au beam from the Cyclotron accelerator at Hahn-Meitner Institut (HMI) in Berlin. The Makrofol samples were placed in a 6-foil stack positioned in normal direction relative to the incident beam, in order to stop the projectiles. The irradiations were performed with ion fluences of 10^8, 10^9 e 10^11 ions/cm^2. The CR39 and LR115 samples, thicker than the range, were irradiated with the fluency of 10^9 ions/cm^2. The investigation of structural damage in the samples, after irradiation, was performed through analytical techniques such as: Fourier Transform Infrared Absorption Spectroscopy (FTIR), X Ray Difraction (XRD), Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA), and Etching, followed by pore characterization using an optical and a scanning electron microscopes. The FTIR analysis of the samples showed a decrease in the number of simple bonds and an increase in the number of double and triple bonds, after irradiation. Moreover, it was observed that the damage intensity increases with the mean stopping power of Au. The XRD analysis allowed the observation of crystallinity decrease in Makrofol, and gave indications about a possible deviation in CR39 density, after sample irradiation, and no variation in LR115 samples. The methodology proposed using ERDA technique was not eficient to determine the H atoms teor in the polymers after irradiation, so, it was not possible to get conclusive results from the data. In the pore analysis, after etching, different behaviors were observed. The CR39 samples showed an evolution from a porous surface to a sharply peaked surface and a pore opening rate Va = 1,213 (17) µm/h was obtained. On the contrary, different Makrofol KG foils preserved the porous topography for different etching times. The pore opening rate showed dependence with ion stopping power in the irradiation. Comparing samples with similar values of stopping power, the result is that Makrofol Va is three times greater than the obtained to CR39.

Desde a descoberta dos raios X por Wilhelm Conrad Roentgen em 1895, a medicina vem fazendo uso da radiação ionizante para o tratamento de alguns cânceres. No entanto, para que os tratamentos se façam com maior precisão, há a necessidade de um controle de qualidade adequado, que é da responsabilidade do físico médico de um serviço de radioterapia. Do aprimoramento do dosímetro químico Fricke em 2000 [BERO et al, 2000], através da adição de alaranjado de xilenol e gelatina de origem animal 300 Bloom, alcançou-se um aumento da sensibilidade e estabilidade da substância química. Porém, o custo da importação da gelatina e de um espectrofotômetro para as medidas de absorção óptica na determinação da dose absorvida poderia dificultar a utilização desse dosímetro num serviço de radioterapia. O presente trabalho busca apresentar uma alternativa simples e barata para atender às situações apresentadas através da substituição da gelatina importada por uma nacional (atualmente em teste) constituindo o novo dosímetro FXGB, que permitiu uma caracterização prévia de feixes de fótons (1,25 MeV) e elétrons (5, 7 e 10 MeV), além da determinação de parâmetros físicos para elétrons como fator e perfil de campo e porcentagem de dose profunda. As medidas foram realizadas com um protótipo leitor portátil (RADIARE III) desenvolvido [FELIPE, 2001] e otimizado [ZAIAS, 2006] em nosso grupo de pesquisa. Dessas medidas foi comprovado que o novo dosímetro é adequado para ser utilizado em medidas de dose absorvida na radioterapia para fótons e elétrons. / Since the X rays discovery for Wilhelm Conrad Roentgen in 1895, the medicine started to use the ionizing radiation for some cancers treatments. However, to obtain higher precision in the treatments is necessary an adequate quality control, which is a medical physicist responsibility in the service. This work was developed to assist the medical physicist on the quality control through an simple, inexpensive and commercially accessible dosimetry. From the chemical dosimetry Fricke improvement in 2000 [BERO et al, 2000], through the orange xilenol and 300 Bloom gelatin addition, it was shown a sensibility and chemicalstability improvement. However, the high cost and difficulty to import the gelatin and necessity to utilize an spectrophotometer to determine the absorbed dose lead us to find another new gelatin adequate for the measurements. The new FXGB dosimeter was characterized for photons (1,25 MeV) and electrons (5, 7 and 10 MeV) and applied for some electrons beam physical determination as: field factor, field profile and depth dose percentage (PDD). From the obtained results, the FXGB dosimetric system (FXGB gel + prototype RADIARE III) show a promising option to assist the quality control in an radiotherapy service.

O grafeno é um material que apresenta propriedades físicas e químicas superiores aos materiais tradicionalmente utilizados na fabricação de diferentes dispositivos. Porém, para substituir tais materiais, é imprescindível o conhecimento e controle de processos de adsorção e incorporação de diferentes compostos na superfície do grafeno, crescido ou transferido, sobre diferentes substratos. A investigação da síntese e caracterização de filmes de grafeno com a finalidade de controlar as propriedades físico-químicas e elétricas é um esforço da comunidade científica atualmente. Nesse trabalho, tivemos o objetivo de investigar o processamento térmico do grafeno em vapor de água e em óxido nítrico e sua síntese pela técnica de MBE, caracterizando as estruturas resultantes através de técnicas de análise por feixes de íons, espectroscopia de fotoelétrons e espectroscopia Raman. No caso do processamento em vapor de água, as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos em ampla faixa de temperatura (200-1000°C), sendo possível distinguir três diferentes regimes de interação do grafeno com a água. A baixas temperaturas de processamento (200-400°C), nenhuma modificação considerável é observada. Na faixa entre 400-500°C, a estrutura plana do grafeno é corrugada para acomodar os novos grupamentos funcionais formados. A partir de 600°C, os domínios cristalinos diminuem e observa-se alto nível de dopagem oxidativa. Já no processamento em NO, evidenciou- se a introdução de N na rede cristalina e etching do grafeno em altas temperaturas. Quanto ao crescimento de grafeno sobre substratos de Si3N4 e AlN(0001) por MBE, este trabalho mostrou a viabilidade de se obter filmes de nanografeno com uma taxa de crescimento de 1 monocamada por minuto, onde a qualidade cristalina do filme formado e a espessura dependem do tempo de crescimento. / Graphene is a material which presents physical and chemical properties superior than the materials traditionally used in different devices. In order to use graphene rather than those materials, it is necessary to understand and control the adsorption process and incorporation of different compounds on graphene, grown or transferred, on different substrates. The scientific community has made efforts to control the physicochemical and electrical properties of graphene films. The objective of thesis is to investigate the physicochemical modifications of graphene induced by annealing in water vapor and nitric oxide and to grow graphene by MBE. Resulting structures were characterized by ion beam analysis, x-ray spectroscopy and Raman spectroscopy. Concerning samples treated in water vapor, annealings were performed at temperatures ranging from 200 to 1000ºC. Results evidence three different regimes with respect to annealing temperature. In the low temperature range (200–400°C), no prominent modification of graphene itself is observed. At higher temperatures (400–500°C), to accommodate newly formed oxygen functionalities, the flat and continuous sp2 bonding network of graphene is disrupted, giving rise to a puckered layer. For 600°C and above, shrinking of graphene domains and a higher doping level take place. Regarding graphene processing in NO, results show N incorporation in graphene crystal network and etching of graphene at higher temperatures. Concerning graphene synthesis on Si3N4 and AlN(0001) by MBE, this work demonstrates the feasibility of growing nanographene with a growth rate of one monolayer per minute. In addition, the crystal quality of the films and their thickness depends on growing time.

Os aceleradores lineares vêm substituindo gradativamente os irradiadores de fontes gama nos Serviços de Radioterapia no Brasil. Consequentemente, existe a necessidade de aquisição de câmaras de ionização para uso em dosimetria dos feixes de radiação X e de elétrons dos aceleradores lineares. Entretanto, as câmaras de ionização comerciais para radioterapia apresentam alto custo e todas são importadas. Este trabalho teve como objetivo principal projetar, construir e caracterizar câmaras de ionização de placas paralelas em dosimetria de feixes de elétrons de aceleradores clínicos. Foram desenvolvidas cinco câmaras de ionização utilizando-se acrílico como material principal e tintas de grafite e de prata para a confecção dos eletrodos coletores. Uma das câmaras de ionização é a prova dágua. Todas as câmaras de ionização foram submetidas a feixes de radiação no Laboratório de Calibração de Instrumentos do IPEN e em três Serviços de Radioterapia na cidade de São Paulo onde foram realizados testes, como: tempo de estabilização, repetibilidade da resposta, estabilidade a médio prazo, corrente de fuga, corrente de saturação, eficiência de coleção de íons, linearidade de resposta, variação da resposta com a distância fonte-detector, efeito de polaridade, efeito cabo, simetria das câmaras de ionização, dependência angular. Além disso, as cinco câmaras de ionização foram calibradas em feixes padronizados de radiação gama, para aplicação em aceleradores clínicos de radioterapia. Os resultados foram satisfatórios para todos os testes realizados, mesmo para o efeito de polaridade no qual o resultado não foi menor que 1%; está de acordo com as câmaras comerciais reportadas na literatura. Assim, as câmaras de ionização desenvolvidas neste trabalho representam a possibilidade de uso em dosimetria de feixes de elétrons de aceleradores lineares em Serviços de Radioterapia. / Linear accelerators are gradually replacing the gamma radiation sources in the Brazilian Radiotherapy Services. Consequently, there is a need for the acquisition of ionization chambers for dosimetry of X-ray and electron beams of linear accelerators. However, the commercial radiotherapy ionization chambers are expensive and they all are imported. The objectives of this work were to design, build and characterize parallel plates ionization chambers to be used in electron beam dosimetry of clinical accelerators. Five ionization chambers were developed using acrylic as main material, and their collecting electrodes were made using graphite and silver paint. One of the ionization chambers is waterproof. All the ionization chambers were tested in the radiation beams of the Calibration Laboratory of Instruments of IPEN, and they were also tested in three Radiotherapy Services of the São Paulo city. The testes performed were: stabilization time, short-term and mediu-term stability tests, leakage current, saturation curve, ion collection efficiency, linearity curve, response in relation to the distance variation, polarity effect, cable effect, symmetry test and angular dependence test. Furthermore, the ionization chambers were calibrated in gamma radiation standard beams, for application in the radiotherapy clinical accelerators. The results of the ionization chambers were satisfactory for all the tests applied, even for the polarity effect test where the response was higher than 1%; this result agrees with the results of commercial ionization chambers reported in literature. The developed ionization chambers in this work show the possibility of their application in dosimetry of electron beams of linear accelerators of Radiotherapy Services.

Para cumprir um dos principais planos de pesquisa do Experimento Tokamak Esférico - ETE, que é o de investigar a região de borda da coluna de plasma em dispositivos de baixa razão de aspecto, desenvolveu-se um sistema de diagnóstico baseado em um Feixe de Lítio Neutro e Rápido - FLNR. Nos diagnósticos de feixes atômicos, como é o caso do FLNR, os perfis da densidade de elétrons são obtidos pela medida da emissão do feixe neutro de lítio. Quando átomos de lítio são injetados em um plasma eles emitem fótons devido a processo de excitação por impacto com elétrons. A taxa local de emissão de fótons, referente à linha de ressonância do lítio, no comprimento de onda l = 670,8 nm, é proporcional à densidade do plasma. Na região sondada pelo FLNR no ETE, a atenuação sofrida pelo feixe pode ser desprezada e a densidade é obtida por meio de processo de calibração da emissão do feixe feita em gás neutro. O feixe produzido neste diagnóstico, após um exaustivo esforço para otimizar suas características de emissão, tem densidade de corrente inicial de 1mA/cm2, energia de 10 keV, diâmetro de cerca de 2 cm, sendo neutralizado com eficiência de aproximadamente 80%. O sistema de detecção ótica instalado permite coletar a luz proveniente dos átomos de lítio em uma única posição radial no ETE, 7 cm afastado do limitador, com resolução espacial de cerca de 1 cm e resolução temporal menor que 1 ms. Em sondagem feita no gás neutro com o FLNR obtiveram-se medidas da rápida variação da pressão no interior da câmara de vácuo do ETE após injeção de gás por válvula puff. Também se determinou a densidade da descarga glow de He, usada em processo de condicionamento do vácuo no ETE. Por fim, o diagnóstico do FLNR permitiu a determinação da evolução temporal da densidade eletrônica na borda do plasma produzido na descarga do ETE, com excelente resolução espacial e temporal. O resultado alcançado foi confrontado com os valores obtidos por diagnósticos de sonda eletrostática e por espalhamento Thomson; a boa concordância dos pontos experimentais valida o diagnóstico do FLNR como poderosa ferramenta para sondar o plasma de borda no tokamak ETE. Já está em andamento a ampliação do sistema de detecção ótica que irá permitir a obtenção do perfil radial da densidade na borda da coluna de plasma, em um único disparo no ETE.

A adesão do revestimento é uma propriedade crítica quando se trata de ferramentas de corte. O uso de brocas helicoidais de aço rápido revestidas com TiN propiciam o uso de velocidades de corte mais altas e velocidades de avanço maiores que as velocidades usadas com ferramentas sem revestimento. Contudo, uma adesão adequada é bastante importante, pois a ferramenta com revestimento com adesão insuficiente se comporta pior que aquela sem revestimento. A formação de partículas duras e abrasivas, resultantes da destruição prematura do revestimento, acelera o desgaste das superfícies que estão em contato de deslizamento. Uma nova técnica de limpeza e texturização de superfícies usando um feixe de laser, que antecede a aplicação do revestimento, foi aplicada a um conjunto de brocas e seu desempenho foi comparado àquele de outro conjunto de brocas convencionais sem texturização. No processo, um laser pulsado e de alta taxa de repetição provoca uma texturização advinda da formação de poças líquidas. Após a solidificação, ocorre a formação de microestruturas que permitem uma melhor ancoragem do revestimento. Utilizando como parâmetros de avaliação o número de furos e o desgaste de flanco, os grupos foram avaliados na furação do aço carbono e inoxidável. Os resultados mostram um significativo aumento da vida das brocas texturizadas antes do revestimento.

A molécula de SF6 em jato molecular supersônico é estudada por duas técnicas experimentais diferentes, visando observar os aglomerados gerados por resfriamento em expansão supersônica. Descrevemos e comentamos as montagens dos experimentos de caracterização do jato molecular supersônico, da espectrometria de massas associada a uma ionização do tipo multifotônica e da espectroscopia infravermelha de alta resolução. Os resultados experimentais de maior relevância são apresentados e discutidos.

A determinação do fator de qualidade M durante a aplicação do laser é exaustiva e demorada. O método para avaliar o fator M2, descrito da norma ISO 11146, requer muitas medições do diâmetro em diferentes posições na cintura do feixe. Geralmente, os diâmetros são medidos por câmera CCD, rotação de corte de faca ou varredura por fenda. No entanto estes métodos são demorados e as flutuações no valor do M, geralmente devido à instabilidade, não são detectadas, principalmente se o laser for pulsado. Devido a esse problema, nós propomos um método que permite medir, em tempo real, a qualidade do feixe em uma única imagem lateral da propagação do feixe num meio espalhador. O desenvolvimento do método envolveu estudos de um meio espalhador e um sistema óptico de imagem adequado. Comparado com um método tradicional, este método é rápido e menos trabalhoso, providenciando múltiplas medições do diâmetro do feixe instantaneamente, com a mesma (ou até melhor) precisão dos resultados, em uma única imagem em tempo real. Os resultados são comparados com aqueles obtidos por um método convencional e claramente observaram-se as flutuações pulso a pulso de um feixe de laser multimodo. Este trabalho apresenta a determinação do fator de qualidade para um laser Nd:YAG pulsado.

Neste trabalho, desenvolveu-se um conformador de feixe, composto de um par de espelhos, para otimizar a sobreposição espacial entre o feixe de bombeamento e o feixe a ser amplificado, em um amplificador para laser de corante, o qual é bombeado transversalmente por um laser de vapor de cobre. Esse dispositivo utiliza um par de espelhos próximos, levemente inclinados, para transformar e homogeneizar o feixe de bombeamento. Usando os princípios da Óptica Geométrica e de Fourier foi possível simular numericamente o traçado de raio dentro do par de espelhos e o campo da radiação sobre o plano imagem da abertura da fenda de saída do par de espelhos. Neste trabalho apresentam-se e discutem-se os resultados teóricos e experimentais obtidos, os quais possuem uma boa homogeneização do perfil de intensidade indicando que este dispositivo é adequado para a transformar e homogeneizar feixes de laser na fenda de saída do par de espelhos.

Foram realizados estudos sobre as propriedades ópticas, através das medidas de índice de refração e coeficiente de absorção, dos materiais pentóxido de tântalo ( Ta2O5 ) e óxido de zircônio ( ZrO2 ), na forma de filmes finos, antes e após tratamento térmico. Os filmes foram produzidos utilizando a técnica de evaporação por feixe de elétrons, com a pressão residual de oxigênio de 1,0.10-4 torr, e a temperatura de 135C, em substrato de vidro BK-7. Foram utilizadas duas técnicas de caracterização óptica: elipsometria e o método de envelope. Também foi utilizada a difração de raios-x de baixo ângulo para medida da espessura dos filmes.