Medidas em coincidência gamma-partícula da reação 7Li+120Sn foram realizadas na faixa de energia de 2.6 a 3.9 MeV por nucleon. Além do canal inelástico, foram observados os canais de pick-up de próton e stripping de um e dois nêutrons, sendo que, para o último caso, cálculos teóricos de DWBA e CRC comparados com o canal elástico demonstram que esta transferência ocorre de maneira sequencial (two-step) e não direta. Este trabalho consolida a existência de canais já anteriormente observados (pick-up de próton e stripping de um nêutron) além de observar pela primeira vez a existência do canal de strippinp de dois nêutrons, no entanto, ele tem um caráter pioneiro pois é o primeiro a medir distribuições angulares de todos esses canais. Tanto o pick-up de próton quanto o stripping de dois nêutrons tiveram de levar em conta na análise cálculos de Monte Carlo que simulassem o efeito da quebra dos projéteis 8Be e 5Li, respectivamente. Fatores espectroscópicos para alguns estados desses canais foram obtidos e são condizentes com os valores esperados considerando o modelo de single particle e a indistinguibilidade de partículas nos casos dos núcleos 119In e 122Sn. Por outro lado, são muito pequenos (ordem de 10e-2) para estados do 121Sn, fato esse gerado pela provável falta de acoplamento de mais canais de reação que reduzem o fluxo da transferência de nêutron. Foram observados também núcleos gerados a partir da transferência seguida de emissão de partículas. / $\\gamma$-particle coincidence measurements of the $^7$Li$+^{120}$Sn reaction were made in the $2.6$ to $3.9$ MeV/nucleon energy range. Besides the inelastic channel, the proton {\\it pick-up} and one/two neutron {\\it stripping} were observed, whereas, for the last case, DWBA and CRC calculations were compared to experimental elastic scattering data and demonstrated that this transfer occurs in a sequential ({\\it two-step}) rather than a direct way. This work consolidates the existence of some channels that have already been observed (proton {\\it pick-up} and neutron {\\it stripping}) and also observes for the first time the existence of the two neutron {\\it stripping} channel, however, it still retains its pioneering as it is the first one to measure the angular distributions for all these channels. The proton {\\it pick-up} and the two neutron {\\it stripping} channels had to take into account in their analysis Monte Carlo calculations to simulate the projectile breaking effect ($^8$Be and $^5$Li, respectively). Spectroscopic factors for some states of these channels were found and are consistent with the expected values considering the {\\it single particle} model and the particle indistinguishability for the $^{119}$In and $^{122}$Sn cases, however, these factors are too small (magnitude order of $10^{-2}$) for the $^{121}$Sn case. This was generated most likely by the lack of coupling of some of the reaction channels that would reduce the one neutron transfer flux. Nuclei generated by the transfer followed by particle emission were also observed.

Após quatro décadas de sucesso do SiO2 (e SiOxNy), as novas gerações de Transistores de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor utilizarão dielétricos de porta de materiais alternativos, dentre os quais se destacam o óxido (HfO2) e os silicatos de háfnio (HfSixOy). Para implementar esses novos dielétricos, é crucial controlar seus defeitos, em particular aqueles relacionados a hidrogênio, que é um elemento químico onipresente e que influencia as características elétricas dos transistores. Nesse contexto, esta Tese investiga a físico-química do hidrogênio em filmes de HfO2 e HfSixOy (2,5–73 nm) depositados sobre silício. Tratamentos térmicos, substituição isotópica, Análise por Reação Nuclear e Espectroscopia de Fotoelétrons Induzidos por Raios-X são algumas das técnicas que foram utilizadas. Observouse que as superfícies dos filmes de HfO2 são particularmente reativas, incorporando H com tratamentos em H2 a 400–600 °C e formando hidroxilas de superfície por exposição a vapor de água à temperatura ambiente. Além disso, no volume dos filmes de HfO2 e HfSixOy foram detectados 1021–1022 H cm-3 (comparados a 1018–1019 H cm-3 no volume de SiO2 crescido sobre Si) cujas origens são os precursores metalorgânicos das deposições por vapor químico, H residual da deposição por sputtering ou absorção de vapor de água. Pelo menos parte desse H no volume do HfO2 e do HfSixOy foi atribuída a hidroxilas, que são parcialmente removidas com tratamento em H2 a 500–600 °C. No caso particular das interações com vapor de água, observou-se que espécies derivadas da água difundem através do HfO2 a temperatura ambiente. Absorção de água no volume dos filmes só foi observada para HfO2 com regiões amorfas ou para HfO2 cristalizado do qual O fora previamente removido. Além disso, em filmes de HfSixOy, foi estabelecida uma relação entre incorporação de H e pré-existência de deficiência de O. Essa relação também foi explorada por cálculos de primeiros princípios, os quais mostraram que vacâncias de O em HfSixOy capturam átomos de H exotermicamente, embasando a relação entre incorporação de H e deficiência de O que fora observada experimentalmente. / After four successful decades employing SiO2 (and SiOxNy), new generations of Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors will employ gate dielectrics of alternative materials, among which hafnium oxide (HfO2) and hafnium silicates (HfSixOy) are prominent. In order to implement these novel gate dielectrics, it is crucial to control their defects, particularly those related to hydrogen, which is a ubiquitous chemical element and influences the transistors electrical characteristics. In this scenario, this Thesis investigates the physical chemistry of hydrogen in HfO2 and HfSixOy films (2.5–73 nm thick) deposited on silicon. Thermal treatments, isotopic substitution, Nuclear Reaction Analysis, and X-Ray Photoelectron Spectroscopy are a few techniques that were employed. It was observed that HfO2 film surfaces are particularly reactive, incorporating H by annealing in H2 at 400– 600 °C and forming surface hydroxyls by exposing to water vapor at room temperature. Moreover, 1021–1022 H cm-3 were detected in bulk regions of the HfO2 and HfSixOy films (compared with 1018–1019 H cm-3 in bulk regions of SiO2 grown on Si). The origins of this H are the metalorganic precursors from the chemical vapor depositions, residual H from the sputtering deposition, or water vapor absorption. At least part of this H in bulk regions of HfO2 and HfSixOy was assigned to hydroxyls, which are partially removed by annealing in H2 at 500–600 °C. Particularly in the case of water vapor interactions, it was observed that waterderived species diffuse through HfO2 at room temperature. Water absorption in bulk regions of the films was only observed for HfO2 with amorphous regions or for crystallized HfO2 from where O had been previously removed. In addition, in HfSixOy films a relation between H incorporation and pre-existent O deficiency was established. This relation was further explored by first-principles calculations, which showed that oxygen vacancies in HfSixOy exothermically trap H atoms, supporting the relation between H incorporation and O deficiency that had been experimentally observed.

Após quatro décadas de sucesso do SiO2 (e SiOxNy), as novas gerações de Transistores de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor utilizarão dielétricos de porta de materiais alternativos, dentre os quais se destacam o óxido (HfO2) e os silicatos de háfnio (HfSixOy). Para implementar esses novos dielétricos, é crucial controlar seus defeitos, em particular aqueles relacionados a hidrogênio, que é um elemento químico onipresente e que influencia as características elétricas dos transistores. Nesse contexto, esta Tese investiga a físico-química do hidrogênio em filmes de HfO2 e HfSixOy (2,5–73 nm) depositados sobre silício. Tratamentos térmicos, substituição isotópica, Análise por Reação Nuclear e Espectroscopia de Fotoelétrons Induzidos por Raios-X são algumas das técnicas que foram utilizadas. Observouse que as superfícies dos filmes de HfO2 são particularmente reativas, incorporando H com tratamentos em H2 a 400–600 °C e formando hidroxilas de superfície por exposição a vapor de água à temperatura ambiente. Além disso, no volume dos filmes de HfO2 e HfSixOy foram detectados 1021–1022 H cm-3 (comparados a 1018–1019 H cm-3 no volume de SiO2 crescido sobre Si) cujas origens são os precursores metalorgânicos das deposições por vapor químico, H residual da deposição por sputtering ou absorção de vapor de água. Pelo menos parte desse H no volume do HfO2 e do HfSixOy foi atribuída a hidroxilas, que são parcialmente removidas com tratamento em H2 a 500–600 °C. No caso particular das interações com vapor de água, observou-se que espécies derivadas da água difundem através do HfO2 a temperatura ambiente. Absorção de água no volume dos filmes só foi observada para HfO2 com regiões amorfas ou para HfO2 cristalizado do qual O fora previamente removido. Além disso, em filmes de HfSixOy, foi estabelecida uma relação entre incorporação de H e pré-existência de deficiência de O. Essa relação também foi explorada por cálculos de primeiros princípios, os quais mostraram que vacâncias de O em HfSixOy capturam átomos de H exotermicamente, embasando a relação entre incorporação de H e deficiência de O que fora observada experimentalmente. / After four successful decades employing SiO2 (and SiOxNy), new generations of Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors will employ gate dielectrics of alternative materials, among which hafnium oxide (HfO2) and hafnium silicates (HfSixOy) are prominent. In order to implement these novel gate dielectrics, it is crucial to control their defects, particularly those related to hydrogen, which is a ubiquitous chemical element and influences the transistors electrical characteristics. In this scenario, this Thesis investigates the physical chemistry of hydrogen in HfO2 and HfSixOy films (2.5–73 nm thick) deposited on silicon. Thermal treatments, isotopic substitution, Nuclear Reaction Analysis, and X-Ray Photoelectron Spectroscopy are a few techniques that were employed. It was observed that HfO2 film surfaces are particularly reactive, incorporating H by annealing in H2 at 400– 600 °C and forming surface hydroxyls by exposing to water vapor at room temperature. Moreover, 1021–1022 H cm-3 were detected in bulk regions of the HfO2 and HfSixOy films (compared with 1018–1019 H cm-3 in bulk regions of SiO2 grown on Si). The origins of this H are the metalorganic precursors from the chemical vapor depositions, residual H from the sputtering deposition, or water vapor absorption. At least part of this H in bulk regions of HfO2 and HfSixOy was assigned to hydroxyls, which are partially removed by annealing in H2 at 500–600 °C. Particularly in the case of water vapor interactions, it was observed that waterderived species diffuse through HfO2 at room temperature. Water absorption in bulk regions of the films was only observed for HfO2 with amorphous regions or for crystallized HfO2 from where O had been previously removed. In addition, in HfSixOy films a relation between H incorporation and pre-existent O deficiency was established. This relation was further explored by first-principles calculations, which showed that oxygen vacancies in HfSixOy exothermically trap H atoms, supporting the relation between H incorporation and O deficiency that had been experimentally observed.

Após quatro décadas de sucesso do SiO2 (e SiOxNy), as novas gerações de Transistores de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor utilizarão dielétricos de porta de materiais alternativos, dentre os quais se destacam o óxido (HfO2) e os silicatos de háfnio (HfSixOy). Para implementar esses novos dielétricos, é crucial controlar seus defeitos, em particular aqueles relacionados a hidrogênio, que é um elemento químico onipresente e que influencia as características elétricas dos transistores. Nesse contexto, esta Tese investiga a físico-química do hidrogênio em filmes de HfO2 e HfSixOy (2,5–73 nm) depositados sobre silício. Tratamentos térmicos, substituição isotópica, Análise por Reação Nuclear e Espectroscopia de Fotoelétrons Induzidos por Raios-X são algumas das técnicas que foram utilizadas. Observouse que as superfícies dos filmes de HfO2 são particularmente reativas, incorporando H com tratamentos em H2 a 400–600 °C e formando hidroxilas de superfície por exposição a vapor de água à temperatura ambiente. Além disso, no volume dos filmes de HfO2 e HfSixOy foram detectados 1021–1022 H cm-3 (comparados a 1018–1019 H cm-3 no volume de SiO2 crescido sobre Si) cujas origens são os precursores metalorgânicos das deposições por vapor químico, H residual da deposição por sputtering ou absorção de vapor de água. Pelo menos parte desse H no volume do HfO2 e do HfSixOy foi atribuída a hidroxilas, que são parcialmente removidas com tratamento em H2 a 500–600 °C. No caso particular das interações com vapor de água, observou-se que espécies derivadas da água difundem através do HfO2 a temperatura ambiente. Absorção de água no volume dos filmes só foi observada para HfO2 com regiões amorfas ou para HfO2 cristalizado do qual O fora previamente removido. Além disso, em filmes de HfSixOy, foi estabelecida uma relação entre incorporação de H e pré-existência de deficiência de O. Essa relação também foi explorada por cálculos de primeiros princípios, os quais mostraram que vacâncias de O em HfSixOy capturam átomos de H exotermicamente, embasando a relação entre incorporação de H e deficiência de O que fora observada experimentalmente. / After four successful decades employing SiO2 (and SiOxNy), new generations of Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors will employ gate dielectrics of alternative materials, among which hafnium oxide (HfO2) and hafnium silicates (HfSixOy) are prominent. In order to implement these novel gate dielectrics, it is crucial to control their defects, particularly those related to hydrogen, which is a ubiquitous chemical element and influences the transistors electrical characteristics. In this scenario, this Thesis investigates the physical chemistry of hydrogen in HfO2 and HfSixOy films (2.5–73 nm thick) deposited on silicon. Thermal treatments, isotopic substitution, Nuclear Reaction Analysis, and X-Ray Photoelectron Spectroscopy are a few techniques that were employed. It was observed that HfO2 film surfaces are particularly reactive, incorporating H by annealing in H2 at 400– 600 °C and forming surface hydroxyls by exposing to water vapor at room temperature. Moreover, 1021–1022 H cm-3 were detected in bulk regions of the HfO2 and HfSixOy films (compared with 1018–1019 H cm-3 in bulk regions of SiO2 grown on Si). The origins of this H are the metalorganic precursors from the chemical vapor depositions, residual H from the sputtering deposition, or water vapor absorption. At least part of this H in bulk regions of HfO2 and HfSixOy was assigned to hydroxyls, which are partially removed by annealing in H2 at 500–600 °C. Particularly in the case of water vapor interactions, it was observed that waterderived species diffuse through HfO2 at room temperature. Water absorption in bulk regions of the films was only observed for HfO2 with amorphous regions or for crystallized HfO2 from where O had been previously removed. In addition, in HfSixOy films a relation between H incorporation and pre-existent O deficiency was established. This relation was further explored by first-principles calculations, which showed that oxygen vacancies in HfSixOy exothermically trap H atoms, supporting the relation between H incorporation and O deficiency that had been experimentally observed.

Medidas em coincidência gamma-partícula da reação 7Li+120Sn foram realizadas na faixa de energia de 2.6 a 3.9 MeV por nucleon. Além do canal inelástico, foram observados os canais de pick-up de próton e stripping de um e dois nêutrons, sendo que, para o último caso, cálculos teóricos de DWBA e CRC comparados com o canal elástico demonstram que esta transferência ocorre de maneira sequencial (two-step) e não direta. Este trabalho consolida a existência de canais já anteriormente observados (pick-up de próton e stripping de um nêutron) além de observar pela primeira vez a existência do canal de strippinp de dois nêutrons, no entanto, ele tem um caráter pioneiro pois é o primeiro a medir distribuições angulares de todos esses canais. Tanto o pick-up de próton quanto o stripping de dois nêutrons tiveram de levar em conta na análise cálculos de Monte Carlo que simulassem o efeito da quebra dos projéteis 8Be e 5Li, respectivamente. Fatores espectroscópicos para alguns estados desses canais foram obtidos e são condizentes com os valores esperados considerando o modelo de single particle e a indistinguibilidade de partículas nos casos dos núcleos 119In e 122Sn. Por outro lado, são muito pequenos (ordem de 10e-2) para estados do 121Sn, fato esse gerado pela provável falta de acoplamento de mais canais de reação que reduzem o fluxo da transferência de nêutron. Foram observados também núcleos gerados a partir da transferência seguida de emissão de partículas. / $\\gamma$-particle coincidence measurements of the $^7$Li$+^{120}$Sn reaction were made in the $2.6$ to $3.9$ MeV/nucleon energy range. Besides the inelastic channel, the proton {\\it pick-up} and one/two neutron {\\it stripping} were observed, whereas, for the last case, DWBA and CRC calculations were compared to experimental elastic scattering data and demonstrated that this transfer occurs in a sequential ({\\it two-step}) rather than a direct way. This work consolidates the existence of some channels that have already been observed (proton {\\it pick-up} and neutron {\\it stripping}) and also observes for the first time the existence of the two neutron {\\it stripping} channel, however, it still retains its pioneering as it is the first one to measure the angular distributions for all these channels. The proton {\\it pick-up} and the two neutron {\\it stripping} channels had to take into account in their analysis Monte Carlo calculations to simulate the projectile breaking effect ($^8$Be and $^5$Li, respectively). Spectroscopic factors for some states of these channels were found and are consistent with the expected values considering the {\\it single particle} model and the particle indistinguishability for the $^{119}$In and $^{122}$Sn cases, however, these factors are too small (magnitude order of $10^{-2}$) for the $^{121}$Sn case. This was generated most likely by the lack of coupling of some of the reaction channels that would reduce the one neutron transfer flux. Nuclei generated by the transfer followed by particle emission were also observed.

Os experimentos realizados e apresentados nesta dissertação resultaram na caracterização neutrônica de núcleos na configuração cilíndrica com 30 varetas combustíveis de diâmetro com um espaço, criado pela retirada de 16 varetas centrais, preenchido com água leve (H2O) ou água pesada (D2O) no reator nuclear de pesquisa IPEN/MB-01. Nestes núcleos, efetuou-se experimentos de correlação de canais nucleares, calibração de barras de controle e irradiação de detectores de ativação de diversos materiais em forma de folhas, cujas faixas energéticas de atuação abrangem grande parte do espectro de nêutrons do núcleo do reator, para a obtenção de parâmetros nucleares, como excessos de reatividade, reatividades totais, atividades saturadas por núcleo alvo, razões espectrais, razões de cádmio e fluxo de nêutrons multigrupo. Com a irradiação de fios de ativação de ouro na parte radial foram obtidas as formas espaciais dos fluxos de nêutrons térmicos e epitérmicos. Os resultados mostraram as características espectrais dessa nova configuração com o espaço das 16 varetas combustíveis preenchido com os dois materiais moderadores. No espaço com a água leve houve um aumento significativo de 294% do fluxo de nêutrons térmicos em comparação com a configuração padrão retangular de 28×26 varetas combustíveis. Com a água pesada aumentou-se a reatividade do sistema com ρ = (783 ± 54) pcm a mais de excesso de reatividade que na configuração com água leve. Os resultados calculados foram simulados nos códigos computacionais MCNP5, SANDBP e CITATION, onde se obtiveram resultados acurados e precisos para as atividades saturadas por núcleo alvo, as distribuições energéticas e espaciais dos fluxos de nêutrons da parte ativa e de parte do refletor e as comparações diretas das seções de choque entre as razões espectrais experimentais e calculadas. / The experiments performed and presented in this thesis results in the neutronic characterization of the core with cylindrical configuration with 30 fuel rods diameter and a space, created by the removal of 16 central rods, filled with light water (H2O) or heavy water (D2O) in the IPEN/MB-01 nuclear research reactor. In these cores were performed experiments of nuclear channels correlation, control rod worth and irradiation of activation detectors of various materials in foils shapes, whose energy performances cover much of the reactor core neutron spectrum, to obtain nuclear parameters, such as, reactivity excesses, total reactivities, saturated activities per target nucleus, spectral ratios, cadmium ratios and multigroup neutron flux. Activation gold wires detectors were irradiated in radial part to obtain the spatial forms of thermal and epithermal neutron fluxes. The results show the spectral characteristics of this new configuration with the space of 16 fuel rods filled with the two moderator materials. In the space with light water there was a significant increase of 294% of the thermal neutron flux compared to standard rectangular configuration of 28×26 fuel rods. With heavy water the system reactivity was increased, more ρ = (783 ± 54) pcm in excess reactivity than in the light water configuration. The calculated results were simulated in computational codes MCNP5, SANDBP and CITATION, where accurate and precise results were obtained for saturated activities per target nucleus, the energy and spatial distributions of the neutron fluxes for the active part and part of the reflector and the direct comparisons of cross sections between the experimental and calculated spectral ratios.

Os experimentos realizados e apresentados nesta dissertação resultaram na caracterização neutrônica de núcleos na configuração cilíndrica com 30 varetas combustíveis de diâmetro com um espaço, criado pela retirada de 16 varetas centrais, preenchido com água leve (H2O) ou água pesada (D2O) no reator nuclear de pesquisa IPEN/MB-01. Nestes núcleos, efetuou-se experimentos de correlação de canais nucleares, calibração de barras de controle e irradiação de detectores de ativação de diversos materiais em forma de folhas, cujas faixas energéticas de atuação abrangem grande parte do espectro de nêutrons do núcleo do reator, para a obtenção de parâmetros nucleares, como excessos de reatividade, reatividades totais, atividades saturadas por núcleo alvo, razões espectrais, razões de cádmio e fluxo de nêutrons multigrupo. Com a irradiação de fios de ativação de ouro na parte radial foram obtidas as formas espaciais dos fluxos de nêutrons térmicos e epitérmicos. Os resultados mostraram as características espectrais dessa nova configuração com o espaço das 16 varetas combustíveis preenchido com os dois materiais moderadores. No espaço com a água leve houve um aumento significativo de 294% do fluxo de nêutrons térmicos em comparação com a configuração padrão retangular de 28×26 varetas combustíveis. Com a água pesada aumentou-se a reatividade do sistema com ρ = (783 ± 54) pcm a mais de excesso de reatividade que na configuração com água leve. Os resultados calculados foram simulados nos códigos computacionais MCNP5, SANDBP e CITATION, onde se obtiveram resultados acurados e precisos para as atividades saturadas por núcleo alvo, as distribuições energéticas e espaciais dos fluxos de nêutrons da parte ativa e de parte do refletor e as comparações diretas das seções de choque entre as razões espectrais experimentais e calculadas. / The experiments performed and presented in this thesis results in the neutronic characterization of the core with cylindrical configuration with 30 fuel rods diameter and a space, created by the removal of 16 central rods, filled with light water (H2O) or heavy water (D2O) in the IPEN/MB-01 nuclear research reactor. In these cores were performed experiments of nuclear channels correlation, control rod worth and irradiation of activation detectors of various materials in foils shapes, whose energy performances cover much of the reactor core neutron spectrum, to obtain nuclear parameters, such as, reactivity excesses, total reactivities, saturated activities per target nucleus, spectral ratios, cadmium ratios and multigroup neutron flux. Activation gold wires detectors were irradiated in radial part to obtain the spatial forms of thermal and epithermal neutron fluxes. The results show the spectral characteristics of this new configuration with the space of 16 fuel rods filled with the two moderator materials. In the space with light water there was a significant increase of 294% of the thermal neutron flux compared to standard rectangular configuration of 28×26 fuel rods. With heavy water the system reactivity was increased, more ρ = (783 ± 54) pcm in excess reactivity than in the light water configuration. The calculated results were simulated in computational codes MCNP5, SANDBP and CITATION, where accurate and precise results were obtained for saturated activities per target nucleus, the energy and spatial distributions of the neutron fluxes for the active part and part of the reflector and the direct comparisons of cross sections between the experimental and calculated spectral ratios.

A reação 10B+120Sn foi medida no Laboratório Aberto de Física Nuclear (LAFN) do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, em energias próximas a barreira coulombiana (VB = 35 MeV). Distribuições angulares de espalhamento elástico e inelástico foram obtidas, e o canal de transferência de um nêutron do alvo para o projétil foi identificado. Além disso, foram feitas medidas utilizando a técnica de detecção em coincidências gamma-partícula no espectrômetro Saci-Perere (Sistema Ancilar de Cintiladores e Pequeno Espectrômetro de Radiação Eletromagnética com Rejeição de Espalhamento). Tais medidas possibilitaram a identificação do processo de fusão completa, a partir da detecção dos raios-gamma provenientes do núcleo composto 127Cs, formado pela absorção de toda carga do projétil pelo alvo, seguido da evaporação de nêutrons. Eventos relacionados ao processo de fusão incompleta, originados da quebra do projétil 10B, também foram identificados. Uma descrição teórica dos principais resultados experimentais foi realizada dentro do formalismo de canais acoplados, utilizando o potencial de São Paulo para descrever a parte real da interação nuclear entre os núcleos participantes da reação. / The 10B+120Sn reaction was measured at the \"Laboratório Aberto de Física Nuclear\" (LAFN, acronym in Portuguese) of the \"Instituto de Física da Universidade de São Paulo\", at energies around the Coulomb barrier (VB = 35 MeV). Angular distribuitions for the elastic and inelastic scattering were obtained, and the transfer channel of a neutron from the target to the projectile was also identified. Besides that, another set of measurements were carried out using the gamma-particle coincidence techinique with the ancillary system of scintillators and gamma-ray detectors Saci-Perere (acronym of \"Sistema Ancilar de Cintiladores e Pequeno Espectrômetro de Radiação Eletromagnética com Rejeição de Espalhamento\"). Such measurements have allowed the identification of the complete fusion process through the detection of gamma-rays coming from the compound nuclei 127Cs, formed by the absorption of the total projectile charge by the target, followed by the evaporation of neutrons. Events related to the incomplete fusion process, originated from the breakup of 10B, were also identified. A theoretical description of the main experimental results has been performed within the coupled channel formalism, using the São Paulo potential to represent the real part of the nuclear interaction between the two reacting nuclei.

Este trabalho apresenta e consolida uma metodologia alternativa para a determinação de taxas de reação nuclear ao longo da direção radial das pastilhas combustíveis sem necessidade de intensos fluxos neutrônicos. Esta técnica se baseia na irradiação de um disco de UO2 inserido no interior de uma vareta combustível desmontável no núcleo do reator IPEN/MB-01. Após a irradiação são realizadas várias espectrometrias gama do disco utilizando um detector HPGe alternando sequencialmente 6 colimadores de chumbo com diâmetros diferentes. Consequentemente, as reações nucleares de captura radiativa que ocorrem nos átomos de 238U, juntamente com as fissões que ocorrem em ambos 235U e 238U são mensuradas em função de 6 regiões radiais distintas do disco combustível. As correções de eficiência geométrica devido à introdução dos colimadores no sistema de detecção HPGe são determinadas através do código MCNP-5. As medidas de taxa de fissão são realizadas utilizando o 99Mo como radionuclídeo traçador. Esse radionuclídeo foi estudado e provou-se ideal para estas medidas por possuir um comportamento linear de formação, alto rendimento de fissão e principalmente por emitir fótons de baixa energia. As medidas foram efetuadas irradiando discos de UO2 (com enriquecimento de 4,3%) na posição central do reator IPEN/MB-01 a potência de 100 Watts durante uma hora. Algumas medidas foram realizadas utilizando uma luva de cádmio envolta na vareta combustível para determinar as taxas de reação nuclear na faixa de energia epitérmica. Os resultados experimentais obtidos são comparados a cálculos de taxa de reação nuclear via MCNP-5 utilizando a biblioteca de dados ENDF/B-VII.0, os quais apresentaram discrepâncias de no máximo 9% para as taxas de captura no 238U e 14% para as taxas de fissão no U na faixa epitérmica. Foram obtidos valores máximos de 4,5% para incertezas relativas as taxas de captura total e epitérmica e para as taxas de fissão total e epitérmica valores máximos de 11,3%. / This research presents and consolidates an alternative methodology for determining nuclear reaction rates along the radial direction of the fuel pellets which does not require high neutron flux. This technique is based on irradiating a thin UO2 disk inserted into a removable fuel rod at the IPEN/MB-01 reactor core. Several gamma spectrometries are performed after irradiation using a HPGe detector. Six lead collimators with different diameters are sequentially alternated during this process, thus, the nuclear radioactive capture which occurs in 238U and the fissions which occur in both 235U and 238U are measured according to six different radial regions of the fuel disk. Geometric efficiency corrections due to the introduction of collimators in HPGe detection system are determined by MCNP-5 code. The fission rate measurements are performed using the 99Mo. This radionuclide was studied and proved ideal for these measurements because it is formed in linear behavior in the reactor core, have a high yield fission and emits low-energy photons. Measurements were performed irradiating UO2 disks (with 4.3% enrichment) in the central position of the IPEN/MB-01 core at 100 watts power level during one hour. Some measurements were performed using a cadmium glove wrapped in the fuel rod to determine the nuclear reaction rates in the epithermal energy range. The experimental results obtained are compared with nuclear reaction rate calculations by means of MCNP-5 with ENDF/B-VII.0 data library showing discrepancies of up to 9% in 238U capture rates and 14% for U fission rates for epithermal energies. Uncertainties regarding the nuclear capture rates have maximum values of 4.5% and the fission rates has maximum values of 11.3%.

Amostras de aço AISI H13 foram nitretadas utilizando uma fonte DC por 5 horas, em atmosfera de 80%N2/20%H2, em duas densidades de corrente (alta e baixa) e em diferentes temperaturas. As fases formadas nas amostras nitretadas foram correlacionadas com o comportamento do coeficiente de atrito, do desgaste e da dureza. As intensidades de emissão luminescente relacionadas aos íons N2+ e moléculas N2 no plasma foram medidas e observou-se que são maiores nas condições em que as densidades de corrente também são maiores. Como esperado de resultados da literatura, quanto maior a temperatura de nitretação maior é a espessura das camadas nitretadas. Foi observado que em temperaturas iguais, maiores densidades de corrente provocam a formação de camadas de compostos mais espessas. As amostras foram analisadas usando difração de raios X por incidência rasante, espectroscopia Mössbauer de conversão de elétrons, análise por reação nuclear, espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente, microscopia eletrônica de varredura, análise por microssonda eletrônica e perfilometria. As amostras foram testadas em um ultramicrodurômetro e em um tribômetro do tipo pino-sobre-disco. Análises Rietveld foram aplicadas aos difratogramas do material massivo e da zona de difusão para discriminar entre as fases ferrita e martensita. A composição de fases das amostras nitretadas utilizando diferentes parâmetros mostraram a presença de diferentes fases contendo nitrogênio (e, y' e martensita ∝'-Fe(N)) e carbono (martensita ∝' -Fe(C) e cementita). Na maior temperatura usada neste trabalho, a quantidade relativa das fases e e y' mostrou dependência da densidade de corrente. A correlação entre o conteúdo das fases e as propriedades mecânicas e tribológicas mostrou que nas amostras onde a segregação de carbono foi associada com a formação de cementita, o coeficiente de fricção foi menor do que nas regiões onde as fases e ,y' e martensita foram observadas. Nas amostras com maior conteúdo de martensita e menos e e y', o desgaste foi menor. A distribuição em profundidade da dureza e do conteúdo de martensita y' Fe(N) apresentaram o mesmo comportamento. / AISI H13 steel samples were nitrided using a DC source for 5 hours, under 80% N2/20% H2 atmosphere, at two current densities (high and low), and different temperatures. The phase content on the plasma nitrided samples was correlated to coefficient of friction, wear, and hardness. The plasma emissions were measured and it was observed that the intensity of N2+ ions and N2 molecules was higher at high current density. As expected from previous results in the literature, higher nitriding temperatures resulted in thicker layers. It was observed that at the same temperatures, higher current densities induced thicker compound layers as well. The samples were analysed with grazing incidence x-ray diffraction, conversion electron Mössbauer spectroscopy, nuclear reaction analysis, glow discharge optical emission spectroscopy, scanning electron microscopy, electron microprobe analysis, and perfilometry, and were tested in an ultramicrohardness tester and on a pin-on-disc tribometer. Rietveld analysis was applied to discriminate between ferrite and martensite in the diffraction patterns of the bulk samples and of the diffusion zone. The phase composition of the nitrided samples with different parameters showed the presence of different phases containing nitrogen (e, y', and martensite) and cementite. At the highest temperature used in this work, the relative amount of the phases e and y'showed a dependency on the current density. The correlation of the phase content with the mechanical and tribological properties showed that in samples with carbon segregation and formation of cementite, the friction coefficient was lower than in in regions where the phases e, y', and martensite were observed. In the samples with higher martensite content and less e,y' the mechanical wear was lower. Hardness presented the same trend as the content of martensite ∝'-Fe(N) in the depth profile.