Orientador: Ricardo Tokio Higuti / Resumo: O ultrassom pode ser utilizado para gerar imagens aplicadas aos ensaios não destrutivos (END) e diagnóstico médico, em que arrays são utilizados para obter imagens com melhor resolução lateral e contraste em relação a um único transdutor. No entanto, os arrays precisam ter o centro do seus elementos espaçados por uma distância (pitch) menor que λ/2, em que λ é o comprimento de onda gerado pelo transdutor, para que as imagens geradas por estes não apresente artefatos causados pelos lóbulos de espaçamento. Porém, para evitar circunstâncias como o aumento na complexidade eletrônica e tempo elevado para geração de imagens ultrassônicas, os arrays esparsos podem ser utilizados, os quais possuem os elementos espaçados por uma distância maior que λ/2 e as imagens geradas apresentam artefatos causados por lóbulos de espaçamento. Contudo, quando os arrays esparsos são utilizados, existem diversas combinações entre os pitches dos elementos para produzir imagens com diferentes qualidades, inviabilizando o teste de todas as combinações possíveis. Assim, neste trabalho, foi utilizado o algoritmo de busca genética para encontrar configurações de arrays esparsos que gerem imagens com boa qualidade, sendo proposto duas novas funções aptidão para avaliar os arrays esparsos. A primeiraé baseada no diagrama de radiação, e a segunda, na comparação entre PSFs (Point Spread Function). As configurações de arrays esparsos encontrados pelo algoritmo genético foram comparadas aos arrays esparsos dispo... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Ultrasound can be used to generate images for nondestructive testing and medical diagnostic, in which arrays are used to generate images with better lateral resolution and contrast in comparison to a single transducer. In order to avoid artifacts in ultrasonic images caused by grating lobes, arrays need to have the center of their elements spaced by a distance (pitch) less than λ/2, where λ is the wavelength generated by the transducer. However, in order to avoid electronic complexity and high time to create an ultrasonic image, sparse arrays can be used, which their elements have a pitch greater than λ/2 that generates images with artifacts caused by grating lobes. Although, sparse arrays have their elements with different pitches that produce images with different qualities which it makes impossible to test all combinations. Thus, in this work, the genetic search algorithm was used to find sparse arrays that generate images with good quality. In addition, two new fitness functions were proposed. The first one based on the beam pattern and the second one in the comparison of two PSFs (Point Spread Function). The quality of the sparse arrays found by the genetic algorithm was then compared to the sparse arrays proposed by different authors using the beam pattern, PSF, and images generated from experimental data provided by CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas). In general, the images generated by the arrays obtained by the methodology developed in this work p... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

As vigas mistas de aço e concreto, por empregarem cada um desses materiais dentro de suas melhores características mecânicas, são uma boa solução estrutural para vários problemas de engenharia. Em função da geometria, carregamento e restrições de deslocamentos essas vigas apresentam vários modos de falhas que precisam ser verificados no seu dimensionamento. Nesse contexto, esse trabalho tem como objetivo estudar o comportamento das vigas mistas em situações onde a aplicação da não linearidade geométrica pode a priori ser importante. Em vigas simplesmente apoiadas, com a linha neutra localizada no perfil de aço e em vigas contínuas na região de momentos negativos, o perfil de aço está sujeito à compressão. Nessas situações os modos de falha de flambagem local, flambagem lateral por torção e flambagem distorcional (no caso de perfis I enrijecidos) podem ocorrer principalmente quando o perfil de aço é do tipo não compacto. Em vigas mistas com aberturas no perfil de aço, por exemplo, para passagem de tubulações, também há modos de falhas adicionais que devem ser investigados. O trabalho em questão foi conduzido empregando-se o código desenvolvido no CEMACOM com pequenas alterações para a priori permitir analisar problemas com pequenas não linearidades geométricas. Em paralelo empregou-se o software ANSYS customizado para analisar problemas com não linearidades geométricas significativas. Vários exemplos foram analisados empregando-se ambos os softwares e os resultados obtidos mostram o bom funcionamento do ANSYS customizado e do script para modelar vigas mistas. Por outro lado, algumas vigas analisadas demonstraram a carência de alguns recursos do programa desenvolvido no CEMACOM. / The steel - concrete composite beams are a good structural solution to various engineering problems. The main advantage of steel - concrete composite beams is to employ each of these materials within their best mechanical characteristics, which results in a more efficient stiffness/ weight ratio. Due to the geometry, loading and displacement constraints, these beams present several failure modes that need to be verified in their design. In simply supported beams, the steel profile is subjected to compression when the neutral line is located in the steel profile. In continuous beams, the steel profile is subject to compression in the hogging moment region. In these situations, local buckling, lateral - torsional buckling, and distortional buckling failure modes (in the case of I stiffened profiles) may occur. Local buckling becomes important when the steel profile is of the non-compact type. In several practical situations it is also common to use composite beams with openings in the steel profile, for example, for passage of pipes. This solution also introduces failure modes that must be investigated. A priori these problems require the use of a nonlinear geometric analysis to be studied. The work in question was conducted using the code developed in CEMACOM with small changes to a priori allow analyzing problems with small geometric nonlinearities. In parallel, the customized ANSYS software was used to analyze problems with significant geometric nonlinearities. Several examples were analyzed using both software and the results obtained show the proper functioning of the customized ANSYS and the script to model mixed beams. On the other hand, some analyzed beams demonstrated the lack of some resources of the program developed in CEMACOM.

Membranas auto-sustentáveis compostas por filmes finos com múltiplas camadas SiO2/ ( 30 nm)/CdSe( 3,0nm)/SiO2 (18 nm) e SiO2( 30 nm)/PbSe( 3,0nm)/SiO2( 18 nm) foram produzidas por magnetron sputtering e submetidas à irradiação com feixe de elétrons em microscópios de transmissão eletrônica convencionais na faixa de energia de 80 a 300 keV em densidades de corrente de 0,3 a 8,0 A cm-2. Variações de contraste observadas em micrografias adquiridas com diferentes doses de elétrons sinalizam uma considerável redistribuição atômica nos filmes semicondutores, tal redistribuição é restrita às regiões iluminadas e possui maior dependência em relação à dose do que à densidade de corrente do feixe. Medidas de difração com área selecionada (Select Area Diffraction - SAD), observações em condição de alta resolução (High Resolution Transmission Microscopy - HRTEM) e medidas de dispersão em energia de Raio-X característico (Energy Dispersive Spectroscopy - EDS) indicam que ambos semicondutores mantém a estrutura cristalina e a quantidade de átomos de Cd, Se e Pb durante irradiação. As membranas SiO2/CdSe/SiO2 apresentam uma retração contínua e homogênea das interfaces CdSe/SiO2 ao longo da superfície irradiada, a nucleação e crescimento de regiões com apenas SiO2 dá origem a uma rede percolada de CdSe que é desmembradas em nanofios nodulares e nanopartículas isoladas. Os filmes de PbSe não apresentam um processo homogêneo e contínuo durante irradiação. Inicialmente, as interfaces PbSe/SiO2 apresentam perda das arestas de alto ângulo Neste caso, as modificações microestruturais são mais intensas após uma dose limite e em regiões específicas, próximas a buracos de SiO2 previamente existentes na amostra como depositada. Medidas SAD, micrografias em condição de campo escuro e análises de imagem HRTEM mostram que a irradiação no PbSe causa separação de fases, identificada por distribuições de nanopartículas de Pb interfaceadas com uma rede planar percolada de PbSe. A conservação de matéria nos sistemas permitiu determinar os fluxos atômicos durante irradiação, o que foi realizado pelo tratamento numérico das micrografias adquiridas em diferentes doses. A investigação do aquecimento da amostra e do comportamento dos sistemas quando irradiados em diferentes energias e densidades de corrente sugerem que os deslocamentos atômicos podem ser correlacionados com as probabilidades de interação entre elétrons e átomos alvo. Isto permitiu a comparação entre fluxos atômicos experimentais, obtidos pelo tratamento numérico das micrografias TEM, com fluxos atômicos deduzidos em função das seções de choque para deslocamentos atômicos diretos, induzidos por colisões elásticas entre elétrons e átomos alvo, e deslocamentos indiretos, causados por radiólise. Os fluxos teóricos consideram variações nas taxas de deslocamento dos átomos de Cd, Se e Pb ao longo da interface semicondutor/SiO2, tais variações são entendidas como consequência de mudanças na energia de coesão das interfaces, que foram calculadas em função da curvatura e energia de superfície através do modelo de gota líquida (Líquid Drop Model - LDM) Comparações entre os fluxos atômicos inferidos das micrografias com os fluxos teóricos, obtidos das seções de choque para espalhamento elástico e inelástico de elétrons, permitiram estimar as energias de deslocamento dos átomos na interfaces e elaborar possíveis mecanismos para as mudanças microestruturais durante a irradiação. Os valores calculados de energia de deslocamento são inferiores às energias necessárias para deslocar átomos na superfície ou no interior da rede cristalina, mas podem ser aproximados às energias de migração atômica em interfaces. Os resultados mostram que os mecanismos de deslocamento atômico nos filmes finos de CdSe e PbSe não são os mesmos. As mudanças microestruturais observadas nos filmes finos de CdSe não podem ser explicadas apenas em termos de colisões balísticas dos elétrons, mas poderiam ocorrer por deslocamentos radiolíticos, principalmente se houverem estados de interface e meia banda que permitam excitações com energias transferidas menores que a largura de banda do CdSe. Já os resultados das irradiações no PbSe podem ser explicados como decorrentes de deslocamentos diretos, causados pela colisão balística dos elétrons nos átomos de Pb e Se pouco coesos nos planos PbSe{111}. Contudo, este estudo não permite excluir um possível processo de múltiplas ionizações como causa dos fluxos atômicos durante irradiação de ambas membranas. / Self-standing membranes compounded for multilayers SiO2/( 30 nm)/CdSe ( 3.0nm) /SiO2 (18 nm) and SiO2( 30 nm)/PbSe( 3.0nm)/SiO2( 18 nm) were irradiated in conventional Transmission Electron Microscopes (TEM) at energy range of 80 - 300 keV, current densities 0.3 - 8.0 A cm-2. The image contrasts of the micrographs acquired at different electron doses show an intense atomic redistribution in the semiconductor films. The effects of irradiation are restricted on the irradiated regions and show a dose dependence instead electric current dependence. Select Area Diffraction (SAD), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) measurements and High Resolution Electron Transmission Microscopy (HRTEM) micrographs show that the both semiconductors mantained the crystal structure and quantity of Cd, Se and Pb atoms after irradiation. The SiO2/CdSe/SiO2 membranes have a homogeneously and continuous retraction of the CdSe/SiO2 interfaces along the irradiated regions. The SiO2 holes grow to produce a percolated planar network of CdSe. In larger doses this network is disrupted, producing nodular nanowires and isolated nanoparticles. Otherwise, the PbSe thin films did not show a homogeneous and continuous process. In the first minutes of irradiation, the SiO2 holes lost the edges of high angles, the retraction of the interfaces PbSe/SiO2 occurs only at a specific electron dose, after which there are growth and nucleation of new holes around the previous ones SAD measurements, dark field micrographs and HRTEM images attest phase separation during electron beam irradiation of the PbSe, the results show isolated Pb nanoparticles connected to a planar percolated network of PbSe. The matter conservation at the systems allowed the calculation of an atomic flux during the irradiation, what was made by the numerical treatment of the micrographs acquired at different electron doses. The investigation of the sample heating and the behavior of the systems when irradiated at different energies and current densities suggest that the atomic displacements can be correlated with the probabilities of electron-atom interactions. This allowed the comparison between the inferred atomic fluxes with atomic fluxes deduced by the cross sections for the ballistic displacement induced by elastic collision of the electrons and the atomic fluxes deduced by the inelastic cross sections, which show the probability of the indirect displacements induced by radiolysis. These fluxes consider changes in the displacement rates of the Cd, Se, and Pb atoms along the semiconductor/SiO2 due to changes in the cohesion energy at the interfaces, what was calculated in function of the curvature and surface energy using the Líquid Drop Model - LDM The comparison between the atomic fluxes inferred by the TEM micrographs with the theoretical fluxes obtained by the elastic and inelastic scaterring cross sections allowed extimations of the displacement energies of the Cd, Se e Pb atoms at the interfaces, what was used to argue some possibles mechanisms for the microstructural changes during the irradiation. The calculated displacement energies are lower than the bulk or surface displacement energies, but can be approximated with the migration energies for the atomic diffusion at the interfaces. The results suggest that the mechanisms of atomic displacement can not be the same for the thin films of CdSe and PbSe. The microstructural changes observed in the CdSe thin films can not be explained only in terms of ballistic displacements, but can be explained by indirect displacements induced by the radiolysis, especially if there are intermediate and middle band states that allow excitations with energies below the CdSe band-gap. In other way, the results of the PbSe can be explained by direct displacements caused by the ballistic collision of the electrons at the Pb and Se atoms placed in the unstable PbSe{111} planes. However, this study can not rule out the possibility of a multiple ionization process as the cause of the atomic fluxes in both membranes.

As dificuldades impostas pela anatomia do sistema de canais radiculares são causas freqüentes de falhas no tratamento endodôntico, principalmente no primeiro molar superior onde a prevalência do canal mésio-palatino (MP) é variável. A condição clínica do dente e a presença de materiais restauradores ou obturadores parecem impor dificuldades para a detecção da presença do canal MP, especialmente quando métodos de imagem são utilizados. Assim, este estudo teve como objetivos: i) avaliar a capacidade diagnóstica da radiografia convencional e da tomografia computadorizada de feixe cônico (TCFC) com diferentes tamanhos de voxel na detecção do canal MP em diferentes situações radiculares; e, ii) avaliar a reprodutibilidade do diagnóstico do canal MP nas mesmas condições. Exames radiográficos e tomográficos (voxel 0.2-mm, 0.25-mm e 0.3-mm), de oitenta e nove molares superiores humanos extraídos foram realizados em três etapas: canal mésio-vestibular (MV) vazio, obturado e após a desobturação. Em seguida, foi realizada a infiltração de corante e diafanização dos dentes. Para a análise estatística utilizou-se o software PASW Statistics 17.0. Para o primeiro objetivo, um examinador, cegado e calibrado, avaliou as imagens para a detecção do canal MP. Como resultados desse estudo pôde-se observar que a TCFC é um método complementar fidedigno para a investigação do canal MP. Em dentes com o canal MV obturado deve-se escolher o protocolo 0.2-mm, entretanto para canais radiculares sem preparo e sem obturação e canais desobturados, a escolha do tamanho de voxel 0.3-mm mostrou-se suficiente para um correto diagnóstico. Para o segundo objetivo proposto, três examinadores, calibrados e cegados, avaliaram as imagens e diagnosticaram a presença ou ausência do canal MP. Na avaliação de reprodutibilidade de diagnóstico, pode-se concluir que a condição do canal foi o fator mais relevante para a variação nos resultados quando comparado ao tamanho do voxel e experiência do examinador. Esses resultados devem ser considerados quando existe a suspeita da presença de um canal MP em um dente onde o re-tratamento endodôntico for necessário, visto que a remoção do material antes da solicitação do exame por imagem reduz os artefatos permitindo a utilização de um protocolo com voxel 0.3-mm, que se mostrou capaz de permitir um correto diagnóstico com menor dose de exposição para o paciente. / The difficulties imposed by the anatomy of the root canal system are a frequent cause of endodontic treatment failures, especially in upper first molars where the prevalence of the second mesiobuccal canal (MB2) is variable. Several methods have been proposed to detect this root canal, but also is important to consider the influence of the clinical condition of the over tooth its the correct diagnosis. Therefore, this study was aimed: i) to assess the diagnostic ability of conventional radiography and CBCT with different voxel sizes in the detection of MB2 in different root conditions; and, ii) to assess the reproducibility of this diagnosis under the same conditions. Radiographs and CBCT scans (0.2-mm, 0.25-mm and 0.3-mm voxel) of eighty-nine extracted human molars were performed in three steps: first mesiobuccal canal (MB1) non filled, filled and after deobturation. Then, samples were cleared. Three examiners, calibrated and blinded, evaluated the images and pointed out the presence or absence of MB2. Statistical analysis was crried on with the PASW Statistics 17.0 software. It was observed that CBCT is a secure complementary method for investigating the presence of MB2. Moreover, when the MB1 canal is filled should be choose the 0.2-mm protocol. The 0.3-mm voxel size images proved to be adequate for a correct diagnosis when the MB1 was non filled or deobturated. In the assessment of diagnostic reproducibility, it can was concluded that the MB1 seemed to be a determinant factor for the result outcome canal condition when compared to the voxel size and the examiner’s experience. These results should be considered when an endodontic re-treatment was indicated, specially when the presence of a MB2 is suspected. The removal of endodontic material prior to request the images exams reduces the presence of artifacts, allowing the use of the 0.3-mm voxel protocol. It was able to allow a correct diagnosis with less patient exposure to the X ray.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um estudo morfológico quantitativo e qualitativo da região da sínfise mandibular (SM), através da construção de modelos tridimensionais (3D) e avaliar o seu grau de associação com diferentes classificações de padrões faciais. Foram avaliados 61 crânios secos humanos de adultos jovens com oclusão normal, com idade entre 18 e 45 anos e dentadura completa. Tomografias computadorizadas de feixe cônico (TCFC) de todos os crânios foram obtidas de forma padronizada. O padrão facial foi determinado por método antropométrico e cefalométrico. Utilizando o critério antropométrico, tomando como referência o índice facial (IF), o padrão facial foi classificado em: euriprósopo (≤84,9), mesoprósopo (85,0 - 89,9) e leptoprósopo (≥90,0). Pelo critério cefalométrico, o plano mandibular (FMA) determinou o padrão facial em curto (≤21,0), médio (21,1 - 29,0) e longo (≥29,1); e o índice de altura facial (IAF) classificou a face em hipodivergente (≥0,750), normal (0,749 - 0,650) e hiperdivergente (≤0,649). A construção de modelos 3D, representativos da região da SM, foi realizada com o auxílio do software ITK-SNAP. Os dentes presentes nesta região, incisivos, caninos e pré-molares inferiores, foram separados do modelo por técnica de segmentação semi-automática, seguida de refinamento manual. Em seguida, foram obtidos modelos 3D somente com o tecido ósseo, possibilitando a mensuraçãodo volume ósseo em mm3 (VOL) e da densidade radiográfica, pela média de intensidade dos voxels (Mvox). No programa Geomagic Studio 10 foi feita uma superposição anatômica dos modelos 3D em bestfit para estabelecer um plano de corte padronizado na linha média. Para cada sínfise foi medida a altura (Alt), a largura (Larg) e calculado o índice de proporção entre altura e largura (PAL). A avaliação da presença de defeitos alveolares foi feita diretamente na mandíbula,obtendo-se a média de todas as alturas ósseas alveolares (AltOss) e a média da dimensão das deiscências presentes (Medef). O índice de correlação intra-classe (ICC) com valores entre 0,923 a 0,994,indicou alta reprodutibilidade e confiabilidade das variáveis medidas. As diferenças entre os grupos, determinados pelas classificações do padrão facial (IF, FMA e IAF), foram avaliadas através da análise de variância (oneway ANOVA) seguida do teste post-hoc de Tukey. O grau de associação entre o padrão facial e as variáveis Vol, Mvox, PAL, Alt, Larg, AltOss e Medef foi avaliado pelo coeficiente de correlação de Pearson com um teste t para r. Os resultados indicaram ausência de diferença ou associação entre o volume, densidade radiográfica e presença de defeitos alveolares da SM e o padrão facial quando determinado pelo IF, FMA e IAF. Verificou-se tendência de SM mais longas nos indivíduos com face alongada, porém a largura não mostrou associação com o padrão facial. Estes resultados sugerem que as classificações utilizadas para determinar o padrão facial não representam satisfatoriamente o caráter 3D da face humana e não estão associadas com a morfologia da SM. / The objective of this study was to develop a quantitative and qualitative morphological study of the mandibular symphysis (SM) region through the construction of three-dimensional models (3D) and assess their association with different classifications of facial patterns. Sixty-one human dry skulls of young adults with normal occlusion, aged 18 and 45, with complete dentition, were evaluated. Cone beam computed tomography (CBCT) of all skulls were obtained in a standard manner. The facial pattern was determined by anthropometric and cephalometric methods. By the anthropometric criteria, using as reference the facial index (IF), facial patterns were classified as: euriprosopic (≤ 84.9), mesoprosopic (85.0 to 89.9) and leptoprosopic (≥ 90.0). By the cephalometric criteria, the mandibular plane (FMA) determined the facial pattern as short (≤ 21.0), medium (21.1 to 29.0) and long (≥ 29.1), and the facial height index (IAF) determined the classification of the face in hypodivergent (≥ 0.750), average (0.749 to 0.650) and hyperdivergent (≤ 0.649). Data obtained were reconstructed using ITK-SNAP software. Teeth present in this region, incisors, canines and premolars, were separated from the model by semi-automatic segmentation, followed by manual refinement. Then the 3D models were obtained only with bone tissue, enabling the measurement of bone volume in mm3 (VOL) and radiographic density, by the mean intensity of the voxels (MVox). With the Geomagic Studio 10 software an anatomical best fit superimposition of 3D models was performed to standardly cut in the midline. For each symphysis the height (Alt) and width (Larg) were measured, and the ratio between height and width was calculated (PAL). The evaluation of the presence of alveolar defects was done directly on the mandible, thus obtaining the average of all the alveolar bone height (AltOss) and the average of the size of the present dehiscences (Medef). The intra-class correlation index (ICC) showed values between 0.923 to 0.994, indicating high reproducibility and reliability of the measurements. The differences between the groups as determined by the facial pattern (IF, FMA and LAI) ratings were assessed by analysis of variance (one way ANOVA) followed by post-hoc Tukey test. The degree of association between facial pattern and Vol, MVox, PAL, Alt, Larg, AltOss and Medef variables was assessed by Pearson's correlation coefficient with a t-test for r. The results indicated no difference or association between the volume, density and presence of radiographic alveolar defects of the SM and the facial pattern when determined by IF, FMA and IAF. There was a tendency of a longer SM in individuals with longer faces, but the width was not associated with the facial pattern. These results suggest that the classifications used to determine the facial pattern does not represent the 3D nature of the human face and are not associated with the morphology of the SM.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-06-20Bitstream added on 2014-06-13T19:22:15Z : No. of bitstreams: 1 gomes_en_dr_botfca.pdf: 907077 bytes, checksum: 3c29174b451dbb5fab685a7ddfaf7aa2 (MD5) / A radiação solar direta na incidência é uma fração da radiação solar global e possui aplicações na agronomia, biologia e na engenharia térmica. No trabalho, são descritas a evolução diurna das médias horárias e a evolução anual das médias mensais da radiação direta na incidência, no período de 1996 a 2003, em Botucatu/SP/Brasil. É apresentada ainda a proposta e a validação dos modelos estatísticos de estimativa de Liu & Jordan e Angström, e do modelo de estimativa paramétrico de Linke. A evolução diurna das médias horárias anuais gerou uma equação temporal, com elevado coeficiente de determinação (R2= 0,99867), que permite estimar a radiação direta horária anual, com precisão e exatidão (MBE=1,0%, RMSE=3,7% e d=0,9980). Em função da dependência sazonal, foi proposta a equação de estimativa diurna da média horária mensal com elevados coeficientes de determinação. A evolução anual da média mensal horária gerou uma equação temporal com coeficiente de determinação R2 =0,75, e a validação mostrou bom desempenho nos indicativos estatísticos, superestimando a medida em menos de 1%, causando espalhamento de 6,72% e índice de ajustamento de d=0,9232. Os resultados para o modelo Liu & Jordan mostram que: a equação de estimativa horária, polinomial de 2 quarta ordem, com R2= 0,99815, pode estimar ) ( h b K em função de h T K com MBE =- 4,25%, RMSE = 27,60%, e o índice de ajustamento d= 0,972; a equação de estimativa diária, polinomial de quarta ordem, com R2= 0,9060, pode estimar ) ( d b K em função de d T K com: MBE = - 3,42%, RMSE = 18,21%, e d= 0,97; a equação de estimativa mensal é linear, com elevado coeficiente de determinação R2=0,9660, e mostra que m b K pode ser estimada com MBE= 3,21%; RMSE=14,8% e d=0,9149. O modelo de Angström diário mostra que, a correlação d b K x N n / não é linear... . / The direct solar radiation is a fraction of the global solar radiation and it has applications in the agronomy, biology and in the thermal engineering. This work describes the diurnal evolution of the hourly-averaged and the annual evolution of the monthly-averaged of the direct radiation in the incidence carried out from 1996 to 2003, in Botucatu/SP/Brazil. It's presented the proposal and the validation of the statistical model of Liu & Jordan and Angström, and of the parametric model of Linke. The diurnal evolution of the hourly values of the direct radiation provided a temporary equation, with high coefficient of determination R2 = 0.99867, which allows to esteem with accuracy (MBE=1.0%, RMSE=3.7% and d=0.9980). Because of the seasonal dependence, equations to estimate diurnal evolution of the hourly monthly average values of the direct radiation were proposed, with high determination coefficients. The annual evolution of the daily monthly average values provided a temporal equation with R2=0.75, and the validation showed good agreement in the statistical indicators, overestimating the measure in less than 1%, scattering in 6.72% with index of agreement of d=0.9232. The Liu & Jordan's model to estimate the hourly values of the direct radiation is a polynomial equation of fourth order, with the following statistical results: R2 = 0.99815, MBE = -4.25%, RMSE = 27.60%, and d = 0.972; The Liu & Jordan's model to estimate the daily values is a polynomial equation of fourth order too, with the following statistical results: MBE = - 3.42%, RMSE = 18.21%, and d = 0.97; The Liu & Jordan's model to estimate the monthly values is the first order (R2=0.9660), with the following statistical results: MBE=3.21%; RMSE=14.8% and d=0.9149. The Angström's model to estimate daily values showed that the dependence is not linear between b K and N n /... (Complete abstract, click electronic address below).

Electron beam welding is used for fabricating critical components for the aerospace and nuclear industries which demand high quality. The cost of materials and associated processes of fabrication is also very high. Therefore, manufacturing processes in these industries are highly controlled. However, it has been found that even minor changes in the electron beam gun itself can produce large variations in beam characteristics, leading to unpredictable welding performance. Hence, it is very important to ensure the beam quality prior to carrying out welds. This requires some kind of device and process to characterise the electron beam to indicate variations. A detailed review of different technologies used to develop devices to characterise electron beams has been carried out. At this time, it is uncommon for beam measurement to be carried out on production EBW equipment. Research carried out for this thesis is focused on development of a novel approach to characterise the electron beams using a slit-probe to maintain the quality of the welds. The challenge lies in deriving relevant features from the acquired probe signal which can effectively differentiate between the beams of different quality. Wavelet transformation, with its advantages over other methods for simultaneous time and frequency localization of signals, has found its application to feature extraction in many pattern based classifications. This technique has been used to analyse probe signals considering that different quality beams will possess unique signal profiles in the form of their distribution of energies with respect to frequency and time. To achieve the aim of the thesis, an experimental approach was used by carrying out melt runs on Ti-6Al-4V plates focusing on aerospace requirements, and varying beam properties and acquiring probe signals for all beam settings. Extracted features from the probe signals have been used in classification of the electron beams to ensure these will produce welds within the tolerance limits specified by aerospace standards for quality assurance. The features vector was compiled following statistical analysis to find the significant beam characteristics. By analysing the performance of classifier for different combination of parameters of the features vector, the optimum classification rate of 89.8% was achieved by using the parameters derived from wavelet coefficients for different decomposition levels. This work showed that the use of wavelet analysis and classification using features vectors enabled identification of beams that would produce welds out-of-tolerance. Keywords: Electron beam welding, probe devices, electron beam characterisation, quality assurance, wavelet transform, features vector, linear discriminant classifier, weld profiles, weld defects.

This thesis is concerned with the guiding of cold atoms using optical forces, which is of great importance in the field of atom optics. Atomic beams can be used for precision sensor equipment, building nano-scale structures, construction of quantum computers and to further the understanding of the properties of atoms. Atoms are guided along light beams using the dipole force; there are two regimes under which this force works. Typically red-detuned guides are used (atoms are attracted towards the light) such guides, however, require large detuning and high powers. In this thesis we investigate the use of blue-detuned (atoms are repelled from the light) hollow light beams of moderate power (a few hundred mW) and confine atoms in the dark centre of the beams. Several magneto-optical traps (MOTs) have been constructed to exploit different guiding geometries. Hollow beams have been generated using a variety of methods; in particular the use of a computer controlled spatial light modulator (SLM) has provided great versatility and simplicity to the experimental arrangements. First, experiments were performed with a low-velocity intense source (LVIS) of atoms. A co-linear LG beam significantly enhances the observed flux, however, considerable difficulties are encountered loading atoms into oblique guides. Imaging a hole in the walls of the light tube was used to improve the loading efficiency. Second, guiding a free-falling atom cloud is performed using a non-diffracting Bessel beam. It is found that while the potential of the Bessel beam is steeper than equivalent LG beams the power distribution across the beam severely limits its usefulness. The next study investigated higher-order LG guide beams generated with an SLM. High order modes have a narrower profile so confine the atoms with less interaction with the guide beam, leading to a more natural guide (as opposed to a pushing force). Finally the SLM was used to create non-trivial beam shapes for beam splitters and interferometers.

La thèse présente l’étude de la propagation et de l’auto-focalisation de faisceaux d’Airy dans un milieu photoréfractif. Le faisceau d’Airy est un faisceau dit accélérant qui, dans l’espace libre, présente une trajectoire curviligne, ne se déforme pas et est capable de se régénérer après un obstacle. L’auto-focalisation de faisceaux conventionnels, tels les faisceaux gaussiens, a été étudiée dans des milieux nonlinéaires en particulier pour des applications de routage tout-optique. En propageant des faisceaux optiques à travers de tels milieux photosensibles, il est possible de graver optiquement des guides d’onde retraçant la trajectoire de ces faisceaux. C’est dans ce contexte que le faisceau d’Airy suscite beaucoup d’intérêt, grâce à sa forme et sa trajectoire uniques. Dans ce mémoire nous étudions expérimentalement comme théoriquement les mécanismes d’auto-focalisation du faisceau d’Airy. Durant le régime transitoire de l’effet d’auto-focalisation, nous montrons des dynamiques spatiotemporelles singulières qui suggèrent une analogie avec les interactions gravitationnelles entre un objet massique et une onde se propageant dans l’espace-temps courbe. Dans un second temps, nous ajoutons un faisceau d’Airy se propageant dans la direction opposée au premier afin d’analyser leurs interactions. Ensuite, nous testons ces structures guidantes photoinduites par un ou deux faisceaux d’Airy, qui révèlent des possibilités de guidage uniques, non accessibles avec deux faisceaux conventionnels. Ces faisceaux optiques peuvent permettre de réaliser des fonctions de couplage, routage et multiplexage optique. Par ailleurs, nous étudions les limites de la force de guidage en augmentant la nonlinéarité d’autofocalisation du système. Les dynamiques spatiotemporelles qui en dérivent présentent des comportements et une évolution particuliers suggérant des applications dans le routage tout-optique stationnaire tout comme dynamique. Pour conclure, cette thèse nous permet de démontrer les alternatives prometteuses que nous offre le faisceau d’Airy dans la physique générale et plus particulièrement dans la photonique pour le routage tout-optique / In this thesis we study the propagation and the self-focusing of Airy beams in a photorefractive crystal. The Airy beam is a so-called accelerating beam which propagates in free space along a curved trajectory and with a shape-preserving and self-healing nature. The self-focusing of conventional beams, such as Gaussian beams, has been studied in nonlinear media in particular for all-optical routing solutions. By propagating optical beams in such photosensitive media, one can induce waveguides with the shape of the optical beams’ trajectories. The unique shape and trajectory of the Airy beam however suggest innovative waveguide possibilities. In this manuscript we theoretically and experimentally study the self-focusing mechanisms of the Airy beam. In particular during the transient self-focusing effect, we enlighten peculiar spatiotemporal dynamics suggesting an analogy with the gravitational interactions between a mass and a wave propagating in a curved spacetime. In a second step we add an Airy beam propagating in the opposite direction to analyze their cross-coupling interactions. The guiding structures induced by one or two counterpropagating Airy beams are then tested and show peculiar guiding possibilities that are not achievable using two conventional beams: optical beams can be guided along curved trajectories and eventually split into multiple beams. Furthermore the limits of the waveguiding strength are studied by increasing the self-focusing nonlinearity of the system. The resulting spatiotemporal dynamics present a peculiar behavior and evolution with possible applications in static and dynamical all-optical routing as well as optical computing such as random number generation. Finally with this thesis we demonstrate that the Airy beam offers promising alternatives in general physics and more specifically in photonics for all-optical routing

As aplicações envolvendo confinamento e aceleração de feixes de partículas carregadas em canais lineares são inúmeras em diversas áreas do conhecimento. A evolução da engenharia dos aceleradores lineares de partículas de próxima geração está fortemente condicionada ao melhor entendimento de fenômenos não-lineares como a formação de halo, inerentes aos atualmente cada vez mais perscrutados regimes de alta densidade de carga e energia. O presente trabalho visa investigar e caracterizar os aspectos dinâmicos e de equilíbrio envolvidos na transição de um feixe ultra-intenso de partículas com mesma carga de um estado inicial não-estacionário para um final estacionário. A alta densidade de partículas implica que as forças repulsivas naturais neste tipo de sistema sejam imprescindíveis para a sua correta descrição. O feixe em questão evolui em um canal linear encapsulado por um duto circular condutor e é focalizado por um campo magnético constante axial de origem solenoidal. Tal feixe inicialmente encontra-se perfeitamente alinhado com o eixo de simetria do sistema de confinamento magnético, sendo, portanto, as oscilações de sua centróide inexistentes. Por simplicidade, foi imposto também ao feixe o vínculo de simetria azimutal. Como condição inicial, considerou-se o estado não-estacionário do feixe descrito por uma densidade homogênea e outra não-homogênea. No primeiro caso, o descasamento e, no segundo, a magnitude da não-homogeneidade são os fatores precursores da instabilidade inicial que conduz o feixe ao estado de equilíbrio. Para ambos os casos, modelos foram desenvolvidos para determinar quantidades dinâmicas, relacionadas à escala de tempo característica da instabilidade inicial, e de equilíbrio, tais como a emitância e o envelope, grandezas estatísticas estas usualmente de interesse em Física de Feixes. Os resultados obtidos foram comparados com simulações numéricas autoconsistentes e o acordo foi satisfatório. Os modelos demonstraram-se eficientes não somente em prever tais quantidades de interesse como também em elucidar aspectos físicos fundamentais intrínsecos ao comportamento observado nas simulações numéricas autoconsistentes e experimentos. / Applications involving confinement and acceleration of charged particle beams in linear channels are innumerous in many fields of the knowledge. The engineering evolution of next-generation particle linear accelerators is strongly conditioned to the better understanding of nonlinear phenomena like halo formation, inherent to the more and more currently explored regimes of high charge density and energy. The present work aims at investigating and characterizing dynamical and equilibrium aspects involved in the transition of a high-intensity beam of charged particles from an initial non-stationary state to a final stationary state. High particle densities mean that the repulsive forces naturally present in these kinds of systems are essential to their adequate description. The beam under analysis evolves inside a linear channel encapsulated by a circular conductor pipe, and is focalized by a constant axial magnetic field generated by solenoids. Such beam is initially perfectly aligned to the symmetry axis of the magnetic confinement system, being in this way its centroid oscillations non-existent. For simplicity, it has been imposed to the beam the constraint of azimuthal symmetry. As initial condition, the beam non-stationary state has been described by a homogeneous and an inhomogeneous particle density. In the first case, the mismatch and, in the second one, the magnitude of inhomogeneity, are the factors forerunner of the initial instability, which leads the beam to evolve to the equilibrium state. For both cases, models have been developed to determine dynamical quantities, related to the characteristic time scale of the initial instability, and equilibrium quantities, such as the emittance and envelope, usually of interest in Beam Physics. The obtained results have been compared with full self-consistent N-particle beam numerical simulations and the agreement has been reasonable. The models have shown to be efficient not only to predict beam quantities of interest as well as to elucidate fundamental physical aspects intrinsic to the behavior observed in the self-consistent numerical simulations and experiments.