O controle da qualidade é uma prática essencial em radioterapia para se garantir que a dose prescrita seja realmente entregue ao paciente. Essa etapa da radioterapia é fundamental para o sucesso do tratamento, pois sem executá -lo o paciente pode ser subdosado ou sobredosado sem que o físico médico possa estimar o erro estabelecido entre a dose prescrita e dose recebida. Dentre os métodos para o controle da qualidade em radioterapia, as dosimetrias in vivo permitem determinar as doses recebidas pelo paciente durante o tratamento. Diferentes técnicas podem ser utilizadas em dosimetria in vivo, sendo uma das mais comuns a dosimetria por transmissão, que compreende a comparação entre os sinais de um dado dosímetro posicionado na entrada e na saída do paciente , nas condições de irradiação. Desta forma, o conhecimento dos espectros incidente e transmitido pelo paciente podem ser utilizados tanto para o cálculo das doses em profundidade no paciente quanto para a correção de resposta de dosímetros em dosimetrias in vivo por transmissão. O método Monte Carlo pode ser utilizado para reproduzir diversas situações desejadas em radioterapia, que pode ser tanto, em controle da qualidade como, em tratamentos, por ser uma ferramenta acurada e sem restrições físicas e financeiras. Esse trabalho se propõe a determinar a perturbação sofrida pelo feixe primário ao atravessar objetos simuladores por meio da determinação da fluência energética e da energia depositada em diferentes condições de irradiação, através do método Monte Carlo. Neste trabalho foi desenvolvida uma quantidade de situações utilizando-se o código PENELOPE para possibilitar a análise do comportamento de fluências energéticas e energias depositadas. Os parâmetros clínicos que sofreram variação para a analise foram a espessura do objeto simulador, o tamanho de campo e a distância fonte-superfície (DFS). Os resultados deste trabalho mostram que a dependência em relação a cada parâmetro clínico é diferente, como é o caso da DFS, que influência mais na resposta do que o tamanho de campo, por exemplo. Portanto, esse trabalho pode ser uma ferramenta para trabalhos posteriores no estabelecimento de protocolos de relação entre fluência e dose, bem como, de armazenamento ou aplicação de dose em pacientes. / Quality control is an essential practice in radiation oncology in order to ensure that the prescribed dose is delivered to the patient. This step of radiation therapy is very important to successful treatment, because without it the patient may receive bellow dose or over dose without the physical doctor can estimate the error established between the prescribed dose and dose received. One of the methods for quality control in radiotherapy, the in vivo dosimetry let you determine the doses received by the patient during the treatment. Different techniques can be used in vivo dosimetry, being one of the most common dosimetry for transmission, which includes the comparison of the signs of a dosimeter placed on the entrance and exit of patient irradiation conditions. In this way, the knowledge of incident spectra and transmitted by the patient can be used for both the calculation of doses in depth in the patient as to the dosimeter response in vivo dosimetry for transmission. The Monte Carlo method can be used to make a variety of situations you want in radiotherapy, and may be as much in quality as in control treatments for being a tool accurately and without physical and financial constraints. This work aims to determine the disturbance suffered by primary beam across objects simulators through determination of energy flow and energy deposited in different irradiation conditions through the Monte Carlo method. This work was developed a number of situations using the PENELOPE code to enable the analysis of the behavior of energy deposited energies and skills. The clinical parameters that have suffered the assess variation ranges were the thickness of the object Simulator, the field size and source surface distance (SSD). The results show that the dependence on each clinical parameter is different, as is the case of DFS, which most influence on response than the field size, for example. Therefore, this work can be a tool for further work on the establishment of relationship between fluency and protocols, as well as dose, dose storage in patients.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:29:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4269_1.pdf: 4893766 bytes, checksum: 6aa27b0811c489ef4d710c33a660acc5 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado da Bahia / Por muito tempo, foi (e ainda é) comum entre físicos estatísticos acreditarem que transições fásicas só poderiam ocorrer em sistemas com dimensões maiores que um. Baseados nesta tradição e em simulações computacionais [1], vários autores propuseram uma conjectura conhecida como Conjectura de taxas positivas , chamada aqui CTP, a qual defende que todo autômato celular unidimensional com interação local uniforme, não-degenerado é ergódico. Vários autores tentaram refutar esta hipótese, mas somente um obteve sucesso completo: Gács [2] propôs um sistema muito complicado com 2100 estados, o qual refuta a CTP. Gray em trabalho posterior [3] explica os resultados obtidos por Gács sobre o refutar da CTP e expressou acreditar que sistemas muito simples não podem refutar a CTP. Toom em [4] propôs uma nova classe de sistemas unidimensionais com interação local, onde componentes pode aparecer e desaparecer durante o processo de evolução. Após, o mesmo propôs um sistema muito simples desta nova classe [5], e provou que, embora unidimensional, exibe alguma forma de não-ergodicidade. Neste processo, partículas enumeradas por números inteiros interagem em todo passo de tempo discreto somente com seus vizinhos mais próximos. Toda partícula tem dois estados, chamados menos e mais . Inicialmente, o processo começa na configuração todos menos . Em cada passo de tempo duas transformações ocorrem. A primeira transforma todo menos em mais com probabilidade independentemente do que acontece nos outros lugares. Sob a ação da segunda, sempre que um mais é um vizinho esquerdo de um menos, ambos desaparecem com probabilidade independentemente dos outros lugares. Dentre os resultados deste processo, Toom provou que quando é pequeno, a densidade de mais é sempre pequena. Porém, o caso que chamamos problemático , com = 1, não foi considerado por Toom, pois neste caso mesmo a exist encia do processo não é evidente. No primeiro capítulo de nosso trabalho, mostramos rigorosamente que o processo de Toom está definido para este caso também e que os maiores resultados dele sobre não ergodicidade ainda permanecem válidos, e até mesmo apresentam melhores estimações numéricas. No segundo caítulo, nós estudamos o mesmo processo com qualquer valor de 2 [0, 1] e usamos método de Monte Carlo e aproximção de campo médio para estimar a linha que separa as regiões para as quais o processo é ergódico vs. não ergódico e em adição observamos que para pequenos valores de e , esta linha separadora tem a inclinação positiva na origem. Uma limitação do processo considerado nos capítulos um e dois é que ao imaginarmos sistemas finitos, teremos que em média o processo descrito acima diminui e portanto não tem análogo finito. No terceiro capítulo, nós apresentamos um outro processo com os mesmos dois estados menos e mais , mas com tempo contínuo, composto por três transformações: a primeira, chamada flip, muda menos para mais e mais para menos com uma taxa . Uma outra chamada aniquilação elimina as duas partículas vizinhas com uma taxa , se estas estiverem em estados diferentes. A terceira, chamada mitose, duplica qualquer partícula com uma taxa . Mitose não foi utilizada no processo de Toom. Sua presença com uma taxa satisfatória previne nosso processo de diminuir . O processo com mitose exibiu a mesma forma de não ergodicidade como Toom provou. Nós mostramos isto usando simulação de Monte Carlo e estimamos as taxas para as quais nosso processo é ergódico vs. não ergódico e diminui vs. não diminui

Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-03T14:06:42Z No. of bitstreams: 2 Dissertação Marcelo Severo Alves.pdf: 9562145 bytes, checksum: 1265a897d4ccbb05cc57588d6306c571 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-03T14:06:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação Marcelo Severo Alves.pdf: 9562145 bytes, checksum: 1265a897d4ccbb05cc57588d6306c571 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / Neste trabalho é apresentado um sistema computacional para edição de objetos 3D usados para modelagem de fantomas de malhas poligonais a serem acoplados a um Modelo Computacional de Exposição (MCE). Um MCE é composto por um fantoma computacional antropomórfico, um código Monte Carlo (MC) e um algoritmo simulador de uma fonte radioativa. O sistema computacional é composto, fundamentalmente, por aplicativos de código livres para edição dos objetos 3D, execução do MCE do tipo fantoma de voxel/EGSnrc e conversão entre imagens baseadas em voxels para malhas, e vice-versa, além de análise gráfica. O fantoma de voxel base utilizado foi o MASH3, do Departamento de Energia Nuclear da Universidade Federal de Pernambuco (DEN-UFPE), e os objetos 3D são propriedades do Grupo de Pesquisa em Dosimetria Numérica do Recife/PE (GDN). Ao MCE MASH3/EGSnrc foi acoplado um algoritmo representativo de uma fonte de 192Ir para simular um tratamento de braquiterapia de um câncer na porção média do esôfago. Para visualizar os objetos 3D e analisar os dados simulados foi desenvolvido o M3dDose, um aplicativo escrito na linguagem C# utilizando-se da tecnologia Windows Presentation Foundation (WPF), por meio do ambiente de desenvolvimento integrado Microsoft Visual Studio 2010. Para ilustrar as habilidades implementadas no M3dDose, é exibido um tumor no fantoma de malhas vetoriais e o resultado obtido por meio das avaliações dosimétricas realizadas no fantoma de voxels, além do mapeamento da dose na região tumoral, aqui referenciado como Mapa de dose Digital (MdD). Desta forma, utilizando-se de um aplicativo próprio desenvolvido para esta finalidade, o M3dDose, associado a alguns softwares livres como o Binvox, Blender, Fiji, Viewvox, EGSnrc e o DIP, propriedade do GDN, compôs-se um sistema computacional para edição e análise de resultados dosimétricos, em computadores equipados com o sistema operacional Windows.

El presente trabajo de memoria se propone como objetivo principal el de analizar el desempeño de los filtros de partículas clásico y sensible al riesgo en el estudio de la vida útil de componentes mecánicos que se encuentren en falla. Los filtros de partículas, también conocidos como métodos secuenciales de Monte Carlo, corresponden a técnicas de estimación y pronóstico que se sustentan en un marco teórico de trabajo capaz de tratar con problemas en tiempo real, no lineales y con ruidos de proceso y observación no necesariamente Gaussianos. El desempeño de estos métodos de estimación y predicción será estudiado y validado mediante la utilización de datos de laboratorio, provenientes de pruebas realizadas a componentes reales de un helicóptero en falla. En particular, se utilizarán los datos originados a partir del crecimiento de una fractura en una placa de engranaje planetario, pieza que se encuentra presente en el rotor principal de la nave. La prueba de laboratorio, realizada por terceros, consistió en fracturar artificialmente una placa de engranaje planetario para luego someterla a una carga variable, carga que en un instante de la prueba sufre un cambio. A partir del perfil de vibraciones originado se hizo una estimación ruidosa del crecimiento de la fractura, característica que finalmente es la que se utiliza en este trabajo. Lo que se espera a partir del estudio de esta señal es evaluar cómo se desempeña el filtro de partículas sensible al riesgo, en comparación con el clásico, en vista del cambio introducido durante el registro de los datos y cómo ello influye en la estimación de la vida útil de la pieza mecánica. Para implementar los algoritmos de los filtros se hacen diversas consideraciones de cara a disminuir la complejidad del código, proveer una aproximación más simple al problema y reducir la carga computacional asociada con su ejecución. La suposición más importante que se realiza da origen a que durante el proceso de pronóstico los pesos de las partículas se mantengan constantes. En particular, la implementación de la etapa de predicción para el caso del filtro de partículas sensible al riesgo considera dos casos excluyentes. En el primero, las componentes del ruido de proceso y distribuyen como Gaussianas de media cero y se calcula el valor esperado de los estados. En el segundo caso, ~ y , sin cálculo del valor esperado de los estados. Las estimaciones de vida útil obtenidas a partir de los filtros de partículas implementados no fueron satisfactorias. Al no existir una actualización de pesos en la etapa de pronóstico, no fue posible corregir el error que se estaba cometiendo en la estimación. Así, la alerta de falla se activa con demasiada anticipación, subestimando el tiempo real de vida útil remanente del sistema. En conformidad con lo anterior se propone como trabajo futuro la implementación de una técnica encargada de actualizar los pesos de las partículas durante la etapa de pronóstico, así como de una estrategia que sea capaz de evaluar en línea la calidad de las predicciones a largo plazo. Se concluye a partir del trabajo realizado que para el caso de los filtros de partículas sensibles al riesgo implementados, en cuanto a estimación de vida útil y desempeño computacional, no ofrecen ventajas comparativas claras frente al filtro de partículas clásico.

Plantea tres objetivos en primer lugar es comprobar la viabilidad de uso de un tomógrafo de pocas vistas, para usos médicos e industriales, segundo es comprobar la eficiencia del algoritmo r-Art para la reconstrucción de imágenes en tomógrafos y por último es la estimación de dosis absorbida en dosis absorbida con datos obtenidos por el código Monte Carlo N-Particle 5. Se denominó un tomógrafo de pocas vistas al tomógrafo que irradia el objeto en estudio con pocos ángulos, lo que permite reducir el tiempo de exposición del objetivo a la radiación, por lo cual la cantidad de dosis también se reduce, causando menor daño a nivel celular. En este trabajo se presenta dos grupos de imágenes reconstruidas la primera con una pentium IV y el segundo grupo con un núcleo Core i5. Las imágenes del segundo grupo son superiores en calidad y resolución al del primer grupo, se espera que con una computadora portátil Core i7, las imágenes se comparen a la misma calidad de los de tomografía convencional. Llos ejemplos presentados se dan para aplicaciones en física médica y en forestal. Las dosis absorbidas son estimadas para tomógrafos de pocas vistas y es aproximadamente la décima parte de un tomógrafo convencional. / Tesis

Presentamos un análisis de la sensibilidad de los resultados de simulaciones numéricas basadas en Building Information Modeling (BIM), a las variaciones en los valores de los parámetros humanos subjetivos (SHP) definidos en la norma ISO 7730, como vestimenta o actividad. Nuestro análisis muestra que los pequeños cambios en los SHP pueden producir oscilaciones significativas en los resultados de los cálculos numéricos, que, en nuestro caso, se realizaron con el software TRNSYS. Para verificar la validez de nuestro enfoque, hemos implementado un código Monte Carlo, para analizar los efectos principales de las diferentes variables de forma sistemática. / Presentem una anàlisi de la sensibilitat dels resultats de simulacions numèriques basades en Building Information Modeling (BIM) , a les variacions en els valors dels paràmetres humans subjectius (SHP) definits en la norma ISO 7730, com a vestimenta o activitat. La nostra anàlisi mostra que els xicotets canvis en els SHP poden produir oscil·lacions significatives en els resultats dels càlculs numèrics, que, en el nostre cas, es van realitzar amb el programari TRNSYS. Per a verificar la validesa del nostre enfocament, hem implementat un codi Monte Carlo, per a analitzar els efectes principals de les diferents variables de forma sistemàtica. / We present an analysis of the sensitivity of the results of Building Information Modeling (BIM)-based numerical simulations, to variations in the values of subjective human parameters (SHPs) defined in the ISO standard 7730, like clothing or activity. Our analysis shows that slight changes on SHPs may yield significant oscillations on the results of the numerical calculations, which in our case were made with TRSYS software. To check the validity of our approach, we have implemented a Monte Carlo code, to analyze the main effects of the different variables in a systematic way. / Robledo Fava, R. (2018). Desarrollo de modelos matemáticos y análisis de sensibilidad para el estudio energético de edificaciones [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114795 / TESIS

No tratamento do câncer de próstata, há um crescente interesse na técnica do implante permanente de sementes, na qual as sementes radioativas são inseridas na próstata do paciente permitindo a entrega de doses elevadas e preservação dos órgãos de risco vizinhos. Estas sementes são normalmente feitas utilizando-se um de três radioisótopos: 125I, 103Pd e 131Cs. Devido à disponibilidade e por razões clínicas, as mais utilizadas são as sementes de iodo e, nos últimos anos, sementes com geometria interna e materiais diferentes estão sendo estudadas, a fim de melhorar suas características dosimétricas. Atualmente, no Brasil, implantes permanentes com sementes de 125I são realizados por algumas instituições médicas, principalmente por instituições privadas. As sementes são importadas com preços elevados, o que dificulta seu uso em hospitais públicos. Portanto, a fim de reduzir o custo financeiro dessa modalidade de tratamento e para melhorar as características dosimétricas das sementes existentes, é de grande importância ter uma tecnologia nacional. Uma matriz cerâmica que pode ser usada como portadora dos radioisótopos e marcadora radiográfica foi desenvolvida no Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN/CNEN). Essa matriz cerâmica se distingue por sua capacidade de ter o material radioativo uniformemente distribuído, além de ser capaz de incorporar outros radioisótopos além do 125I. Neste trabalho foram calculadas as distribuições de dose de modelos de semente de 125I com matriz cerâmica e diferentes encapsulamentos (modelos em desenvolvimento no CDTN). As distribuições de dose foram calculadas conforme o protocolo TG-43U1 da Associação Americana de Físicos Médicos. As características dosimétricas dos modelos de semente do CDTN, demonstradas neste estudo, indicam que seu uso é viável. Elas possuem como principal característica uma maior e mais isotrópica deposição de dose próximo às extremidades da fonte. Suas características sugerem que um número menor de sementes seria necessário para alcançar um determinado valor de dose no volume a ser tratado ou então que iodo de menor atividade radioativa possa ser utilizado. Em ambos os casos, o custo do tratamento poderia ser reduzido. / In the prostate cancer treatment, there is an increasing interest in the permanent radioactive seeds implant technique, where radioactive seeds are inserted into the patients prostate, allowing the delivery of high doses and preserving nearby organs at risk. These seeds are usually made using 1 of 3 radioisotopes: 125I, 103Pd and 131Cs. Due to availability and clinical reasons, the most used are the iodine seeds and, in recent years, seeds with different internal geometry and materials are being studied, in order to improve the dosimetric characteristics of the sources. Currently, in Brazil, permanent implants with 125I seeds are performed by a few medical institutions, mostly private ones. The seeds are imported with high prices, which prohibits their use in public hospitals. Therefore, in order to reduce the financial cost of this treatment modality and to improve the dosimetric characteristics of the existing seeds, it is of great importance to have a national technology. A ceramic matrix that can be used as a radioisotope carrier and radiographic marker was developed at CDTN/CNEN. The ceramic matrix is distinguished by its ability to have the radioactive material evenly distributed besides being able to incorporate radioisotopes other than 125I. In this work we calculate the dose distribution of 125I seed models with ceramic matrix and different encapsulation (CDTNs seed models under development). The dose distributions were calculated according to the TG-43U1 protocol of the American Association of Physicists in Medicine. The dosimetric characteristics of the CDTNs seed models, demonstrated in this study, indicate that their use is feasible. They have as main feature a larger and more isotropic dose deposition near the ends of the source. Their characteristics suggest that a smaller number of seeds would be needed to achieve a particular dose value at the volume to be treated or that iodine with lower activity may be used. In both cases, the cost of treatment would be reduced.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um modelo computacional aplicado na quantificação do efeito bystander radioinduzido no qual células não irradiadas sofrem danos provocados por algum tipo ainda não totalmente esclarecido de sinalização que células diretamente atravessadas por radiação emitem no meio no qual elas se encontram. No modelo proposto, uma dada célula pode se encontrar em três estados: saudável (S), danificada não emissora de sinais (D) e danificada emissora de sinais (F). As transições podem ocorrer entre os estados S e D, S e F e D, F para S. Os sinais se propagam pelo meio através da equação de difusão discreta com decaimento em duas dimensões. Análises temporais estocásticas e determinísticas foram concordantes qualitativamente. O modelo foi aplicado a um cenário experimental no qual a fração de células sobreviventes decresce com a dose usando a hipótese que uma dada célula irradiada libera uma concentração de sinais dependente da dose para um dado intervalo. Os resultados simulacionais apresentaram boa concordância quantitativa com os resultados experimentais. / This work presents a computational model to quantify the radiation-induced bystander effect in which non-irradiated cells suffer damage caused by some kind of still unknown signals emitted by neighboring cells that were directly traversed by radiation. In the model, a given cell can be found in three states: healthy (S), damaged and not signal emitter (D) damaged and signal emitter (F). Transitions can occur between the states S and D, S and F and D, F to S. Signals propagate through the medium according to the discrete diffusion equation with decay in two dimensions. Temporal stochastic and deterministic analyzes were qualitatively consistent. The model was applied to an experimental scenario where the cells surviving fraction decreases with the dose using the hypothesis that a given irradiated cell releases a dose dependent signal concentration for a given interval of dose. The simulations show good quantitative agreement with the experimental results.

Em radioterapia, dependendo do tamanho do volume alvo a ser irradiado, pode ser necessário mais de um feixe de radiação (fótons ou elétrons). Isto faz com que sobreposições dos feixes, tanto na superfície (campos de radiação) quanto em profundidade (composição das penumbras) resultem em sobredosagens que podem interferir nos tratamentos e restabelecimento dos pacientes. Para se evitar a sobredosagem foram criados os gaps (espaçamento ou distanciamento entre os campos dos feixes, na superfície de entrada dos mesmos) com a finalidade de diminuir a sobredosagem e homogeneizar a dose absorvida dentro de valores aceitáveis, que não devem exceder 20% acima do valor esperado. Para feixes de elétrons não há a prática do uso de gap, como para feixes de fótons, e não há equações que possam prever a sobredosagem na adjacência desses feixes, assim como não há um estudo mais aprofundado das técnicas possíveis de serem utilizadas para se evitar a sub e/ou sobredosagem desses feixes na superfície e em profundidade. Com isto, este trabalho foi estruturado visando à obtenção da homogeneidade das doses absorvidas na região de adjacência dos feixes de elétrons, partindo do conhecimento da aplicação de gaps para feixes de fótons. Para tal, foi desenvolvido um protótipo de leitura dos dosímetros FXG e filme radiocrômico, baseado no sensor Charge-Coupled Device (CCD). Esse protótipo permitiu fazer as medidas de diversos feixes de fótons e elétrons, variando suas energias, geometrias e superfícies de entrada (plana e/ou curvas), cujas respostas puderam ser comparadas com as obtidas por simulação por Método Monte Carlo (MMC), resguardando as mesmas condições de feixes e arranjos experimentais. Dos resultados obtidos, pode-se comprovar: a eficácia do protótipo desenvolvido, o desenvolvimento de uma equação para prever a sobredosagem advinda da adjacência de feixes de elétrons a partir de dados experimentais, a reversão do uso da equação de gap específica para feixes de fótons para feixes de elétrons em superfícies planas, a equivalência dos resultados da simulação por MMC com os experimentais de gap realizados, além da adequabilidade dos filtros compensadores (em cunha) desenvolvidos para superfícies de entrada curvas. Todos esses resultados indicam a possibilidade da utilização do gap para feixes adjacentes de elétrons em superfícies planas e filtros em cunha em superfícies curvas, passíveis de serem utilizados na prática radioterápica. / Radiotherapy of extensive volumes normally is made using more than one radiation beam (photons or electrons). These beams once are divergent, in the intersection of their penumbra the isodose composition value is increased increasing the absorbed dose value in the treatment region. To overcome this effect is used the \\textit (a shift between the beam fields at the entrance surface) whose scope is to homogenize the depth absorbed dose and do not let it to exceed 20% of its expected value. Only for photons exists the practice of gap (with equations predicting gap for plane surfaces) and compensator filters (for curve surfaces). Once these ideas are non existent for electron adjacent beams and once the use of this type of radiation has increased along the years for patient irradiation, most of the times replacing the photon beams, the curiosity to obtain methods to minimize the overdose due to the electron adjacent beams was triggered and turn it the goal of this research. For this work two dosimeters were used (Fricke Xylenol Gel, FXG and Radiocromic film) and their measurements were made through a developed prototype with a Charge-Coupled Device, CCD, whose results were compared also with Monte Carlo simulations considering the same experimental conditions (irradiation geometry, beam energy, entrance surface geometry, plane and/or curve, and setup). From the results obtained one could notice that: the CCD prototype resulted in an adequate device to be used with the selected dosimeters, the gap equation for photons could be used successfully also for adjacent electron beams on plane surfaces, compensator filters (acrylic wedge filters) are adequate for curve surfaces and the Monte Carlo Simulation results shown equivalence with the experimental ones. All these results encourage the gap for electron adjacent beams on plane surfaces, as well the use of wedge filters for curve surfaces in radiotherapy practice.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:07:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Leonardo Bruno.pdf: 3418767 bytes, checksum: 2b7c729e74c5980361a45645741f5b0d (MD5) Previous issue date: 2009-03-26 / Using sequential Monte Carlo simulation and quantum mechanics calculations(S-QM/MM) based on the TD-DFT methods we have been used to study the solvatochromic shift of the orto-betaine in water. Statistically uncorrelated configurations have been obtained from MC simulations with unpolarized and in-solution polarized solute. To account for the solute electronic polarization, we have used an iterative procedure based on the S-QM/MM methodology to determine the in-solution dipole moment of orto-betaine in presence of water molecules treated as point charges. MP2/cc-pVDZ calculations on the configurations bearing the orto-betaine molecule electrostatically embedded in the 320 water molecules show that the solute polarization increases the dipole moment of orto-betaine, compared to gas phase, by 49%, giving the in-solvent dipole values of 12.2 D. MC simulation results for the Helmholtz free energy as function of the torsion angle indicate that the mosts table conformer of the orto-betaine in water is that with an angle of 60o, after including solute polarization. The average number of solute-solvent hydrogen bonds was analyzed and it was found a large increase of 3,25 in polarized situation to only 1,82 in the unpolarized situation. Modeling the water molecules by point charges (electrostatic embedding), the results show that solvent effects on the absorption spectrum have a significant contribution of the electrostatic interactions. In comparison with the result of gas-phase, TD-BHandHLYP/6311+G(2d,p) calculations give for the π → π∗ electronic transition solvatochromic shifts of 0.42 eV and 0.90 eV for the unpolarized and polarized orto-betaine, respectively. The experimental spectral shift value of 0.90 eV is very well reproduced by the present theoretical results after including the solute polarization. The TD-B3LYP/6311+G(2d,p) model gives the corresponding value for the polarized orto-betaine of 0.52 eV which is an underestimated result in qualitative agreement with experiment. This study indicates that the inclusion of the solute polarization is important for a reliable description of the spectral shifts considered here. / Usando seqüencialmente simulações Monte Carlo e cálculos de mecânica quântica (S-QM/MM) baseados no método TD-DFT nós estudamos o deslocamento solvatocrômico da orto-betaína em água. Configurações estatisticamente descorrelacionadas foram obtidas de simulações Monte Carlo com o soluto polarizado e não polarizado em solução. Para levar em conta a polarização eletrônica do soluto, nós usamos um processo iterativo baseado na metodologia S-MC/QM para determinar o momento de dipolo da orto-betaína em solução na presença de moléculas de água tratadas como cargas pontuais. Cálculos MP2/cc-pVDZ nas configurações contendo a molécula de orto-betaína embebida eletrostaticamente em 320 moléculas de água mostram que a polarização do soluto aumenta o momento de dipolo da orto-betaína, comparado com a fase gasosa, em 49% fornecendo o valor de 12,2 D em solução. Os resultados das simulações Monte Carlo para a energia livre de Helmholtz como função do ângulo de torção indicam que o confôrmero mais estável da orto-betaína em água é aquele cujo ângulo é 60◦, após a inclusão da polarização do soluto. O número médio de ligações de hidrogênio soluto-solvente foi analisado tendo sido encontrado um decréscimo substancial de 3,25 ligações na situação polarizada, para somente 1,82 ligações na situação não polarizada. Modelando as moléculas de água por cargas pontuais (embebidas eletrostaticamente) os resultados mostram que os efeitos de solvente no espectro de absorção têm uma contribuição importante de interações eletrostáticas. Em comparação com o resultado de fase gasosa, cálculos TD-BHandHLYP/6-311+G(2d,p) fornecem para a transição eletrônica π → π∗ um deslocamento solvatocrômico de 0,42 eV e 0,90 eV para a orto-betaína não polarizada e polarizada, respectivamente. O modelo TD-B3LYP/6-311+G(2d,p) fornece para a orto- betaína polarizada o correspondente valor de 0,52 eV, que é um resultado subestimado, em acordo apenas qualitativo com o experimento. Este estudo indica que a inclusão da polarização do soluto é importante para uma descrição realista do deslocamento no espectro considerado.