Orientador: Valdir Casaca Aguilera-Navarro / Resumo: Discutimos nesta tese o efeito túnel através de uma barreira de potencial em várias dimensões e aplicamos a três problemas diferentes. Primeiramente estudamos o problema de tunelamento através de barreiras em duas dimensões usando métodos quânticos. Consideramos a colisão de dois isótopos de Ni à energias em torno da altura da barreira na região de 100 MeV. Encontramos os coeficientes de reflexão e transmissão fazendo um cálculo de canais acoplados. Nos cálculos numéricos consideramos até cinco canais abertos e encontramos que se o número de canais é aumentado, os resultados variam apenas ligeiramente. Propomos neste trabalho um tipo de acoplamento entre os graus de liberdade diferente daqueles existentes na literatura e estudamos o efeito deste acoplamento na região da barreira. Calculamos também a secção de choque de fusão e comparamos os nossos resultados com os experimentais e com outros encontrados na literatura. 0 segundo problema considerado é a emissão espontânea de núcleos mais pesados que a particula alfa. Discutimos a emissão de 'INTPOT. 14 C' do 'INTPOT. 223 Ra' que foi recentemente observada e calculamos os fatores de pré-formação. Estudamos a razão dos fatores de pré-formação para a emissão do 'INTPOT. 14 C' relativa à emissão da particula alfa do 'INTPOT. 223 Ra'. Consideramos uma barreira de potencial realistica, comparamos nossos resultados para os fatores de penetrabilidade e os fatores de pré-formação com outros encontrados recentemente na literatura. À seguir fazemos um estudo do tamanho do raio nuclear na teoria de decaimento exóticos, considerando as várias reações onde decaimentos de núcleos mais pesados que a particula alfa já foram observados. Finalmente, consideramos a formação de aglomerados alfa em núcleos. Usando um modelo de "cluster" simples, estudamos algumas propriedades nucleares do 'INTPOT. 44 Ti', como por exemplo, as funções... / Abstract: The quantum tunneling through a potential barrier in several dimensions is discussed and three diferent problems are studied. Firstly the tunneling problem through two dimensional barrieers is studied using quantum mechanical methods. We consider the collision of two Ni isotopos at energies near the top of the barrier of 100 Mev. The reflection and transmission coefficients are found through a coupled channel calculation. We have considered up to five open channels in the numerical calculations and have found that if the number of channels is increased further the results change only slightly. A different kind of coupling between the degrees of freedom from those found in the literature is proposed and the effect of this coupling in the barrier region is studied. The sub-barrier fusion reaction cross section is also calculated and our results are compared with the data and other results found in the literature. The second problem is the spontaneous emission of nuclei havier than the alpha particle. The emission of 'INTPOT. 14 C' from 'INTPOT. 223 Ra' recently observed is discussed and the penetrability factors are calculated. The ratio of the preformation factor for the'INTPOT. 14 C' emission relative to the emission of the alpha particles by the 'INTPOT. 223 Ra' is studied. Considering a realistic potential barrier we compare our results for penetrability factors and preformation factors with other recently found in the literature. Then, the size of the nuclear radius in the exotic decay theory is studied, considering several reactions where decays of nuclei heavier than the alpha particle have been observed. Finally the alpha clustering in nuclei is considered. Using a simple cluster model some nuclear properties of the 'INTPOT. 43 Ti' are studied, as wave functions, energy levei schemes and decay widths. Two different kinds of semiclassical approximations are considered to study the wave functions and the quantum... / Doutor

São analisadas reações quase-livres (p,2p) assimétricas induzidas por prótons polarizados. A absorção e refração dos prótons rápidos no núcleo realça a seção de choque para a ejeção de prótons com uma certa polarização que depende dos seus momenta e do estado-furo resultante. São calculadas polarizações efetivas, distribuições de momentum distorcidas e seções de choque de correlação angular em aproximação DWIA para estados- furo do 16o e do 40 ca a energias incidentes de 215 e 320 MeV. Mostra-se que os efeitos da parte real de potenciais óticos centrais sobre as distribuições de momentum e sobre as polarizações efetivas é considerável. Apresenta-se uma explicação qualitativa para este fato. É avaliada quantitativamente a importância da distorção spin-Órbita, a qual poderia em principio comprometer a usual e simples interpretação das reações quase-livres com prótons polarizados. Os efeitos obtidos para o espalhamento de prótons de 320 MeV sobre o 16o e o 40 ca revelam-se na realidade pequenos. Os resultados mostram que o emprego de feixes de prótons incidentes polarizados amplia o poder das reações quase-livres como instrumento de investigação da estrutura nuclear e sugerem a possibilidade de testar algumas aproximações que são de interesse geral para a teoria das reações a medias energias, como, por exemplo, a aproximação de impulso. / Asymmetric quasi-free (p,2p) reactions induced by po1arized protons are ana1ysed. The absorption and refraction of the fast protons in the nucleus enhances the cross section for the knock-o ut of protons with a certain polarization which depends on their momentum and on the resulting hole state. Effective polarizations, distorted momentum distributions and angular correlation cross sections are calculated within the DWIA approximation for the hole states of 16o and 40 ca at 215 and 320 MeV incideht energy. lt is shown that the effects of the real part of the central optical potentials on the distorted momentum distributions and on the effective polarizations are considerable. A qualitative e xpl anation of this fact is presented. The importance of the spin-orbit distortion, which could in principle upset the usual simple interpretation of quasi-free scattering with po1arized protons, is quantitative1y estimated. The effects obtained for 320 MeV proton scattering on 16o and 40 ca are actually small. The results show that the use of incident po1arized proton beams enhances the power of quasi-free reactions as an investigation tool of the nuclear structure and suggest the possibility of testing some approximations which are of general interest for the theory of medium energy reactions, as, for example, the impulse approximation.

Se ha identificado que los actinidos (An) en medio acuoso se coordinan a nueve moléculas de agua para formar complejos de fórmula [An(H2O)9]3+. Esto es importante porque puede ayudar a entender el comportamiento de estos elementos en los desperdicios nucleares, lo cual podría ayudar a la implementación de métodos más eficientes para el tratamiento de dichos desperdicios y así reducir, o evitar, el daño que estos ocasionan al ambiente. / Se ha identificado que los actinidos (An) en medio acuoso se coordinan a nueve moléculas de agua para formar complejos de fórmula [An(H2O)9]3+. Esto es importante porque puede ayudar a entender el comportamiento de estos elementos en los desperdicios nucleares, lo cual podría ayudar a la implementación de métodos más eficientes para el tratamiento de dichos desperdicios y así reducir, o evitar, el daño que estos ocasionan al ambiente.

Neste trabalho, construímos um novo e versátil forno de crescimento de cristais pela técnica de Bridgman, o qual pode operar em temperaturas de até 2000 °C em alto-vácuo ou atmosferas inertes. Visto que o problema mais importante após o crescimento de um cristal por esta técnica é a aderência entre o mesmo e as paredes do caidinho, construímos também um sistema para tratamento do material de partida que eliminou este fenômeno. Este procedimento permitiu a obtenção de monocristais cilíndricos de NaI(Tl) transparentes, com alta qualidade e com cerca de 60 mm de comprimento e diâmetro de 20 mm. Utilizando a técnica de Czochralski, crescemos também vários monocristais cilíndricos transparentes de NAI(Tl) com comprimentos de 50 mm e diâmetros de 30 mm. Descrevemos também um método para eliminar o excesso de iodo dissolvido na fase líquida durante o processo de crescimento do cristal. Medidas de absorção ótica realizadas com os cristais de NAI(Tl) à temperatura ambiente e do nitrogênio líquido, mostram bandas de absorção características do Tálio próximas de 304, 291, 257, 249 e 236 nm. Através da relação entre a densidade ótica da banda de absorção em 304 nm e a concentração de tálio, estimamos o perfil da concentração deste elemento ao longo de um cristal crescido por Cz e por Bridgman. Através de espectroscopia de fluorescência encontramos, à temperatura ambiente, uma banda de emissão centrada em 425 nm. Protótipos de detetores foram construídos para avaliar as resoluções de energia dos monocristais crescidos pelos métodos de Bridgman e Czochralski. A performance dos detetores também foi analisada / In this work we constructed a new versatile Bridgman crystal growth furnace that can operate to 2.000 °C in high vacuum or in inert atmospheres. Since the most important post-growth problem in this technique is related with the adherence between crystal-crucible, we also developed an initial materials-treatment system that could prevent this phenomenon, by previously saturating with HI gas. These procedures allowed us to get clear and high quality NaI(Tl) cylindric single crystals up to 60mm length and 20mm diameter. Using the Czochralski technique, we also grew several clear NaI(Tl) single crystals with dimensions up to 50 mm length and 30 mm diameter. A method to prevent the excess of Iodine in the liquid phase during the crystal growth process is also described. Optical absorption measurements in NaI(Tl) single crystals, at room and liquid nitrogen temperatures, show characteristic Thallium bands near 304, 291, 257, 249 and 236 nm. Through the relationship between optical density of the absorption band at 304 nm and Thallium concentration, we could estimate the concentration profile through the entire crystal, grown by each method: Bridgman and Czochralski. By fluorescence spectroscopy we also find, at room temperature, one emission band near to 425 nm. Radiation detector prototypes were developed to evaluate the energy resolution of the single crystals grown by Bridgman and Czochralski methods. The performance of the radiation detectors is also analyzed

A presente dissertação contempla o desenvolvimento e validação de um aplicativo para efetuar simulações de hadronterapia. Este aplicativo foi empregado no estudo das reações nucleares de fragmentação que ocorrem para as energias e partículas envolvidas no tratamento. Estas reações representam a chave para o planejamento, tratamento, e pós-análise de precisão. Inicialmente é realizada uma revisão a respeito do tratamento de tumores profundos utilizando prótons e íons. Os aspectos físicos, biológicos e técnicos da utilização de feixes energéticos destas partículas são discutidos. A situação atual do tratamento e perspectivas são mencionadas. Faz-se também referências às di culdades do planejamento devido a ausência de ferramentas precisas para uma estimativa el da deposição de energia. A sequência do texto contém uma breve revisão dos códigos de Monte Carlo que podem ser adotados para a simulação do tratamento. Uma ferramenta que empregue o método de Monte Carlo é uma viável solução para levar em conta todos os efeitos físicos provocados pelas interações das partículas do feixe com os tecidos biológicos. Neste mesmo contexto, são discutidos os processos físicos relevantes que precisam ser considerados nas simulações de hadronterapia. O código de Monte Carlo Geant4 é, então, apresentado. São descritos os recursos que são utilizados para as simulações do tratamento. Este toolkit foi empregado para o desenvolvimento de um aplicativo, sendo este o primeiro item de originalidade do presente trabalho. O aplicativo desenvolvido é discutido e suas capacidades e funcionalidades são relatadas. Posteriormente, são apresentadas simulações utilizando o aplicativo supracitado. Os resultados são confrontados com dados experimentais e as limitações dos modelos físicos disponíveis são analisadas. O aplicativo demonstra, pela avaliação dos resultados, que: consiste em uma possível ferramenta para as estimativas precisas necessárias para a hadronterapia; é versátil, podendo ser empregado para um amplo intervalo de energias e para diferentes partículas do feixe; as funcionalidades podem ser facilmente estendidas para se moldar à proposta da aplicação devido ao paradigma da orientação a objetos; o problema de tempo computacional para o emprego do método de Monte Carlo no planejamento de tratamento pôde ser contornado com a implementação de processamento paralelo. Além disso, as análises demonstram que os modelos físicos necessitam modi cações na faixa de energia da hadronterapia para realizar uma melhor descrição do processo de fragmentação nuclear. Os resultados originais da dissertação abrem caminho para tornar as simulações em hadronterapia um instrumento de precisão no combate contra tumores situados em localizações que não permitem procedimentos invasivos. / The present master thesis comprises the development and validation of an application to perform a simulation of hadrontherapy. This application was employed in the study of nuclear fragmentation reactions that occur in the energy range and with particles involved in cancer treatment. These reactions are the key to acquire high precision in the planning, treatment and post-analysis of the treatment. A review is initially performed with regard to the treatment of deep seated tumors with beams of protons and ions. The physical, biological and technical aspects of the utilization of energetic beams using these particles are discussed. The current situation of the treatment and perspectives are indicated. In addition, reference is made to the di culties in planning due to the lack of precise tools for an accurate estimative of the energy deposition. The sequence of the text contains a brief review of the Monte Carlo codes that may be used for simulation of the treatment. A tool which would employ the Monte Carlo method shall be a reliable way to determine all the physical e ects caused by the interaction of the particles from the beam with the biological tissues. In this context, relevant physical processes which may be considered in the hadrontherapy simulation are discussed. The Monte Carlo code Geant4 is presented. The resources used for simulation of treatment are described. The toolkit is applied for the development of an application and that is novelty of the present work. The developed application is described and its capabilities and functionalities are listed. At a later moment simulations are presented by utilizing the application. The results are compared to experimental data and the limitations of the available physics models are analyzed. Evaluation of the results indicates that the application represents a useful tool for precise estimations that are needed for the hadrontherapy; further it is versatile and it can be used for a wide range of energies and di erent particles from the beam; moreover the functionalities can be easily extended in order to mold the terms of the application due to the object-oriented paradigm; last the issue regarding computation time for the use of the Monte Carlo method at treatment planning is solved with the implementation of parallel processing. Besides, the analyses indicate that the physics models need to be modi ed in the energy range suited for hadrontherapy, in order to achieve a better description of the process of nuclear fragmentation. These novel results shown in the present thesis open a pathway to make simulation in hadrontherapy a precise instrument to ght tumors located in deep seated areas where an invasive procedure is not be possible.

Resultados obtidos de processos (p,2p) coplanares são apresentados através de diagramas de contorno das distribuições de momentum, no espaço de momentum. Os diagramas de contorno, traçados para o exemplo da reação 16O(p,2p) 15N, para os estados nucleares ls e lp, a energias de bombardeio de 200 MeV e de 378 MeV, mostram-se muito sensíveis à distorção causada pelos potenciais óticos que atuam sobre os prótons incidente e emergentes. Os diagramas apresentam-se deformados e deslocados em relação às formas circulares centradas na origem que teriam, no espaço de momentum, na ausência de distorção. A deformação e o deslocamento de cada diagrama são consequência, respectivamente, da absorção e do espalhamento elástico dos prótons de alta energia. / Results obtained from (p,2p) coplanar processes are presented by means of contour diagrams of momentum distributions in momentum space. The contour diagrams obtained for the example of the 16O(p,2p) 15N reaction, for the nuclear states ls and lp, at borábarding energies of 200 MeV and 378 MeV, appear to be very sensitive to the distortion caused by the optical potentials which act on the incident and emergent protons. Compared to the diagrams obtained in the absence of distortion, which are circular and centered at the origin, in momentum space, the distorted diagrams appear deformed and shifted. The deformation and the shift of each diagram are a consequence of the absorption and the elastic scattering of the high-energy protons, respectively.

São analisadas reações quase-livres (p,2p) assimétricas induzidas por prótons polarizados. A absorção e refração dos prótons rápidos no núcleo realça a seção de choque para a ejeção de prótons com uma certa polarização que depende dos seus momenta e do estado-furo resultante. São calculadas polarizações efetivas, distribuições de momentum distorcidas e seções de choque de correlação angular em aproximação DWIA para estados- furo do 16o e do 40 ca a energias incidentes de 215 e 320 MeV. Mostra-se que os efeitos da parte real de potenciais óticos centrais sobre as distribuições de momentum e sobre as polarizações efetivas é considerável. Apresenta-se uma explicação qualitativa para este fato. É avaliada quantitativamente a importância da distorção spin-Órbita, a qual poderia em principio comprometer a usual e simples interpretação das reações quase-livres com prótons polarizados. Os efeitos obtidos para o espalhamento de prótons de 320 MeV sobre o 16o e o 40 ca revelam-se na realidade pequenos. Os resultados mostram que o emprego de feixes de prótons incidentes polarizados amplia o poder das reações quase-livres como instrumento de investigação da estrutura nuclear e sugerem a possibilidade de testar algumas aproximações que são de interesse geral para a teoria das reações a medias energias, como, por exemplo, a aproximação de impulso. / Asymmetric quasi-free (p,2p) reactions induced by po1arized protons are ana1ysed. The absorption and refraction of the fast protons in the nucleus enhances the cross section for the knock-o ut of protons with a certain polarization which depends on their momentum and on the resulting hole state. Effective polarizations, distorted momentum distributions and angular correlation cross sections are calculated within the DWIA approximation for the hole states of 16o and 40 ca at 215 and 320 MeV incideht energy. lt is shown that the effects of the real part of the central optical potentials on the distorted momentum distributions and on the effective polarizations are considerable. A qualitative e xpl anation of this fact is presented. The importance of the spin-orbit distortion, which could in principle upset the usual simple interpretation of quasi-free scattering with po1arized protons, is quantitative1y estimated. The effects obtained for 320 MeV proton scattering on 16o and 40 ca are actually small. The results show that the use of incident po1arized proton beams enhances the power of quasi-free reactions as an investigation tool of the nuclear structure and suggest the possibility of testing some approximations which are of general interest for the theory of medium energy reactions, as, for example, the impulse approximation.

O presente trabalho apresenta uma tentativa de teste experimental do cálculo do espectro de fótons virtuais de quadrupolo elétrico, medindo a função de excitação (e, ) de um nível isolado 2+ do 24Mg situado em 20.14 MeV. Os resultados são comparados com as previsões dos cálculos mais recentes. A seção de choque duplamente diferencial d2 /ddE foi medida a 48°, 90° e 132° no sistema de laboratório, para energias de excitação do 24Mg entre 19 e 23 MeV. Esta seção de choque foi medida nas energias totais de elétron incidente de 20.0, 20.8, 21.5, 24.0, 26.0, 28.0, 30.0, 32.0, 36.0, 40.0 MeV. São apresentados as medidas experimentais e os valores calculados usando a aproximação de ondas distorcidas (DWBA) para núcleo puntiforme e finito. Como resultado secundário, extraiu-se a intensidade do nível, através do elemento reduzido de matriz de transição B(E2). / To test experimentally the quadrupole virtual photon spectrum calculation, the (e,) excitation function of an isolated 2+ level at 20.14 MeV in 24Mg was measured. The most recent calculations in DWBA, including nuclear size effects, are compared to this experimental curve. The differential cross section d2 /d dE was measured at 48°, 90°, and 132° in the laboratory system, for total electron energies of 20.0, 20.8, 21.5, 24.0, 26.0, 28.0, 30.0, 32.0, 36.0, and 40.0 MeV. The reduced matrix element B(E2) of the 20,14 MeV level is extracted as a secondary product of this work.

Fizemos medidas de fusao nuclear e de espalhamento elastico nos sistemas ANTPOT.16,18 O+ANTPOT.63,65 CU. Os dados foram obtidos entre as energias 39 e 64 mev. Observamos significativas diferencas entre sistemas com ANTPOT. 63 CU e com ANTPOT.65 CU como nucleos-alvos, em contraposicao a uma insensibilidade em relacao ao projetil. Propusemos um modelo teorico que explica os resultados experimentais tanto em relacao ao espalhamento elastico como em relacao a fusao nuclear. Tal modelo esta fundamentado no incremento da absorcao suprficial devido aos dois neutrons extras do ANTPOT.65 CU (em relacao ao ANTPOT.63 CU) / Experimental study of the isotopic dependence on nuclear fusion and elastic scattering systems

Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2014-01-14T13:53:12Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2009_01.pdf: 953803 bytes, checksum: 4e82f430afc69c7c9b6decdb25a18898 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-01-14T13:53:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2009_01.pdf: 953803 bytes, checksum: 4e82f430afc69c7c9b6decdb25a18898 (MD5) Previous issue date: 2009 / A geração de energia elétrica por meio de usinas nucleares requer que esta instalação seja segura, confiável e esteja disponível nos momentos de seu funcionamento. Para este objetivo, um programa de manutenção adequado, eficaz e bem elaborado torna-se uma ferramenta muito útil e essencial à proprietária da usina. Entretanto, é necessário atender aos requisitos regulatórios na implementação deste programa que monitora a eficácia desta manutenção. Existem normas brasileiras com requisitos gerais a serem obedecidos. Os guias regulatórios internacionais detalham bem estes requisitos mas é necessário verificar se a metodologia pode ser integralmente empregada aquí no Brasil ou precisa ser adaptada para nosso uso. Assim, o guia americano NUMARC 93-01, que detalha como poderia ser implementado um programa para esta monitoração, sugere algumas metodologias. Nesta tese, as metodologias Delphi e Análise Probabilística de Segurança foram resumidamente incluídas porque foram elas escolhidas para implementar esta monitoração.em uma usina brasileira Os resultados que estão sendo obtidos mostram que, sob o aspecto regulatório, esta é uma metodologia que atende às nossas normas e fornece muitos resultados para um bom gerenciamento da usina. / The electrical power generation using nuclear power plants requires this installation being safety, reliable and available for the working periods. For this purpose, an adequate, effective and well conducted maintenance program makes an essential and useful tool to the owner of the plant. However, it is necessary to follow the regulatory requirements for this program implementation which monitores this maintenance effectiveness. There are brazilian norms requirements which must be followed. The international regulatory guides establish these requirements in good details but it is necessary to verify if this methodology for implementing can be totally applied here in Brazil. Then, the american guide NUMARC 93-01 which details how can be implemented a program for this monitoring, shows some methods for using. In this thesis, the Delphi and Probabilistic Safety Analysis were briefly included because they were prefered for implementing this monitoring.in a Brazilian plant. The results which are being obtained show that, looking the regulatory aspects, the NUMARC 93-01 follows our regulations and gives good results for the plant management.