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Sinterização de nitreto de silício utilizando aditivos do sistema SiO2-CaO-Al2O3-LiF
2025 - CORREA, WAGNER T.
A utilização de aditivos de sinterização de composição eutética no nitreto de silício é uma importante abordagem para melhorar a densificação e a qualidade das cerâmicas, especialmente em temperaturas mais baixas. Esses aditivos tendem a facilitar a formação de fase líquida durante a sinterização, otimizando o processo e resultando em materiais com propriedades mecânicas superiores. Por outro lado, LiF tende a ser eficiente para reduzir a viscosidade da fase líquida durante a sinterização. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi investigar o efeito de LiF na sinterização de cerâmicas de nitreto de silício contendo adições de SiO2, CaO, Al2O3 na sua composição eutética de menor temperatura. Os estudos, conduzidos em sinterização sem aplicação de pressão entre 1650 e 1815 ºC, indicaram que a adição de até 1% em massa de LiF aumentou ligeiramente a densidade das cerâmicas sinterizadas a 1650 ºC, enquanto concentrações maiores não apresentaram influência adicional. Além disso, a densidade aumentou de forma contínua com o aumento da temperatura de sinterização, especialmente nas amostras sem LiF. No caso das amostras contendo adição de LiF e sinterizadas a 1770 ºC, a densidade aumentou com até 2% desse composto, mas a partir de 1770 ºC, a densidade reduziu devido provavelmente à volatilização do LiF. Os resultados de difração de raios X mostraram que a transformação α→β-Si3N4 foi incompleta a 1650 ºC. A transformação total ocorreu a partir de 1700 ºC, sendo que a presença de LiF aumentou a temperatura necessária para a conclusão dessa transformação. Os aditivos de sinterização não formaram fases cristalinas, permanecendo como fase amorfa intergranular. A dureza das cerâmicas variou entre 7 e 13 GPa, dependendo da densidade e teor de LiF. Maiores densidades e menores quantidades de LiF resultaram em maior dureza. A tenacidade à fratura das cerâmicas também foi influenciada pela densidade, mas principalmente pelo teor de β-Si3N4 após a sinterização. De um modo geral, as amostras com baixas densidade e quantidade de β-Si3N4 apresentaram baixa tenacidade à fratura, enquanto altas concentrações de β-Si3N4 melhoraram esse comportamento, mesmo em amostras com baixa densidade.
Síntese e caracterização de microesferas de Fe/TiO2 e suas propriedades na adsorção de poluentes aquosos
2025 - OLIVEIRA, GABRIEL L. de
Os avanços tecnológicos ao longo das últimas décadas trouxeram melhorias significativas na qualidade de vida da sociedade. No entanto, o crescimento populacional acelerado, associado ao aumento descontrolado da industrialização, resultou em uma pressão crescente sobre os recursos naturais e no aumento significativo da poluição ambiental. Dentre os principais poluentes detectados em corpos d'água estão compostos orgânicos persistentes (COPs), como antibióticos, hormônios, pesticidas e corantes. Outras atividades industriais, tais como manufatura e mineração também são responsáveis por contaminações provocadas por metais pesados e/ou radioativos. A proposta do presente trabalho consistiu no desenvolvimento de microesferas de Fe/TiO2, produzidas e avaliadas em diferentes composições e temperaturas de calcinação, por meio da metodologia modificada sol-gel por gelificação interna. Foram caracterizadas as propriedades estruturais, morfológicas, físicas e químicas das amostras, bem como suas propriedades de adsorção de íons U6+ e do antibiótico ampicilina em meio aquoso. A metodologia utilizada permitiu a síntese de microesferas isentas de trincas e com estrutura mesoporosa. A fase anatase foi predominante em todas as amostras. Confirmou-se pela adsorção-dessorção gasosa de N2 maiores áreas e volume de poros nas amostras com maiores teores de ferro. Análises por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) mostraram a influência do Fe na funcionalização da superfície do TiO2. Observou-se maior eficiência na adsorção dos poluentes pelas amostras com maior teor de ferro.
Obtenção e caracterização de catalisadores eletroquímicos nanoestruturados suportados em óxidos (TiO2 e ATO) para conversão de metano em moléculas orgânicas de alto valor e aplicação em célula a combustível do tipo PEM
2025 - MAIA, VICTORIA A.
O metano é um dos três gases do efeito estufa mais abundantes no planeta. A preocupação no seu excesso se dá devido a sua alta capacidade de absorver a radiação infravermelha emitida, convertendo essa energia em vibração molecular, que por sua vez eleva a temperatura média do planeta. Sua obtenção ocorre principalmente pela geração metanogênica a partir de bactérias na degradação de matéria orgânica, em lixões, em minas de carvão, jazidas de petróleo e no rúmen de ruminantes. Com intuito de solucionar a problemática do excesso de metano na atmosfera, muitos pesquisadores têm procurados rotas sintéticas de conversão do gás em diferentes produtos. Neste trabalho, o enfoque é na via eletroquímica de conversão de metano em subprodutos alcoólicos como o metanol, utilizando catalisadores eletroquímicos bimetálicos suportados em óxidos. Os metais selecionados na produção dos catalisadores foram paládio (Pd), ouro (Au), tungstênio (W) e vanádio (V), nos suportes de dióxido de titânio (TiO2) e Óxidos de Estanho dopado com Antimônio (ATO), sintetizados pelo método de redução via borohidreto de sódio, em uma célula do tipo PEM (Membrana de Eletrólito Polimérico) com dois eletrodos. Os catalisadores foram caracterizados utilizando as técnicas de microscopia eletrônica de transmissão (MET), difração de raios X (DRX), RAMAN in-situ e voltametria cíclica. Para avaliar a capacidade de operação das células PEM com cada catalizador foi avaliada por meio da curva de polarização. As alíquotas retiradas das células foram caraterizadas qualitativamente e quantitativamente por meio do FTIR (espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier) e do HPLC (cromatografia líquida de alta eficiência). Os resultados indicam que os catalisadores obtiveram um tamanho de partícula por volta 3 a 19 nm. Os picos de DRX apresentaram os principais planos cristalográficos dos suportes e dos metais. As curvas de polarização indicaram que o eletrodo Pd75Au25/ATO obteve o maior potencial de célula aberta sendo o seu valor 0,5V. O catalizador que obteve a maior produção de metanol foi o Pd50Au50/TiO2 com 27,5 mol L-1 h-1 no potencial de 0,1V.
Implicações radiológicas do uso do carbonato gerado na mineração de nióbio como insumo agrícola
2024 - AYLLON, RAFAELLA M.
A mineração é um processo antropogênico importante para o desenvolvimento tecnológico e econômico, porém apresenta impactos socioambientais significativos. As práticas de mineração moderna visam mitigar os impactos respeitando as regulamentações ambientais. Entretanto, o equilíbrio entre o desenvolvimento econômico e a preservação ambiental são um desafio para a área que exige abordagens interdisciplinares para garantia da segurança socioambiental. A utilização de resíduos de mineração na agricultura pode ser possível, desde que existam estudos prévios em diferentes áreas, sendo uma delas a análise de radionuclídeos presentes em resíduos de mineração e seu comportamento no ambiente. Esta pesquisa avaliou a possibilidade de aplicação do resíduo de carbonato proveniente de mineração de nióbio como insumo agrícola em solo agricultável e a disponibilidade dos radionuclídeos 238U, 228Th, 226Ra, 232Th, 228Ra, 210Pb e 40K e elementos estáveis para absorção em plantas. Inicialmente, foi realizada uma caracterização detalhada do carbonato, abrangendo aspectos químicos, mineralógicos e radiológicos, a fim de entender sua composição e possíveis implicações ambientais. A absorção destes radionuclídeos foi avaliada em amostras de alface (Lactuca sativa L.) cultivadas em solo tratado com os condicionantes carbonato e calcário. As amostras de carbonato foram coletadas em Catalão, GO, Brasil e as amostras de solo e as mudas de alface no município de Taubaté, SP, Brasil. Foram empregadas as técnicas de Análise por Ativação Neutrônica Instrumental (INAA), Fluorescência de Raios-x, Difração de Raios-x, espectrometria gama, separação radioquímica e lixiviação. Foram realizados cálculos de índices de risco radiológico (Dose, AEDE, ELCR, AGDE, Raeq e dose de ingestão), fator de transferência de radionuclídeos para o sistema solo-planta e testes estatísticos, Shapiro-Wilk, Kruskal-Wallis e ANOVA. A INAA é uma técnica vantajosa pois é multielementar, em uma pequena quantidade de amostra muitos elementos podem ser quantificados simultaneamente. A técnica apresenta alta sensibilidade para determinação de elementos com boa precisão e exatidão. Analisou-se o potencial de lixiviação dos radionuclídeos presentes no carbonato, utilizando extratores fracos, para verificar a mobilidade desses elementos no solo. A pesquisa também se concentrou em determinar o incremento das concentrações de atividade dos radionuclídeos no solo, resultante da aplicação do carbonato na proporção recomendada para a correção da acidez do solo. Os cálculos de índices radiológicos permitiram a investigação dos teores de radionuclídeos em alfaces cultivadas em solo tratado com o carbonato, possibilitando a avaliação do impacto na cadeia alimentar. Além disso, a dose efetiva de radionuclídeos foi calculada com base na ingestão dessas alfaces e no consumo brasileiro, fornecendo uma perspectiva sobre os riscos potenciais à saúde humana. Os resultados obtidos nas análises de carbonato indicaram que ele pode ser uma boa alternativa ao uso de fertilizantes agrícolas e não apresenta risco radiológico, ainda que contenha atividade de concentrações elevadas para alguns radionuclídeos. O carbonato apresenta altas concentrações de atividade de 226Ra, 228Ra e 40K, sendo o 228Ra responsável por aproximadamente 80 % da dose efetiva por ingestão, contudo, os radionuclídeos não apresentaram riscos ao meio ambiente e à saúde. A adição de carbonato no solo na proporção observada neste estudo não aumentou a absorção dos radionuclídeos 40K e das séries do 232Th e 238U. O carbonato apresenta altas concentrações dos elementos Ba, Zn, Zr e ETR. A presença de ETR, proveniente da mistura do solo com o carbonato, pode ter contribuído para melhor desenvolvimento das alfaces. Não foram observadas diferenças significativas entre os tratamentos realizados com carbonato e com o cal. Considerando a ingestão de 2 g dia-1 de alface dos brasileiros, os valores médios de atividade dos radionuclídeos e a dose efetiva, a quantidade de dose não é significativa. Por fim, os resultados obtidos foram comparados com aqueles derivados da correção de acidez com calcário, que é o insumo convencionalmente utilizado para essa finalidade, proporcionando uma análise crítica das alternativas de manejo de solos agrícolas. O estudo contribuiu para o conhecimento sobre a reutilização de resíduos NORM e sua segurança ambiental e alimentar.
Desenvolvimento de compósito com matriz polimérica de resina epóxi, reforçado com fibra de carbono e dispersão de nanopartículas de trióxido de bismuto (Bi2O3), para atenuação da radiação
2025 - MUNHOZ, PEDRO M.
A emissão de radiação ionizante, tal como raios X, radiação gama, dentre outras, está presente no dia a dia do atendimento à saúde ou na indústria e pode afetar a saúde do trabalhador desde que não se tome medidas protetivas com a utilização de barreiras com placa de chumbo. O objetivo do presente estudo é o desenvolver um compósito de fibra de carbono/epóxi e dispersão de trióxido de bismuto (Bi2O3) na matriz polimérica para aplicação como barreira de fótons de baixa energia. A metodologia de pesquisa quantitativa é utilizada no desenvolvimento do trabalho. O trióxido de bismuto foi caracterizado por meio dos ensaios de difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão e DLS. A atenuação da radiação dos fótons de baixa energia (25 a 125 keV) foi simulada com o software Topas MC (versão 3.7). As frações mássicas de bismuto (III) utilizadas no compósito foram de 0,100; 0,193; 0,300 e 0,400 (em partículas de escala micro), e de 0,080 e 0,060 (em partículas na escala nano). Para a simulação, a fração em massa de 0,40 de trióxido de bismuto num compósito com espessura de 2,29 mm, em que ocorreu uma atenuação de 89,03% na energia dos fótons, enquanto que para uma atenuação similar foi necessária uma placa de chumbo com uma espessura de 0,34 mm, o que sugere que o compósito teria grande possibilidade de uso no lugar da placa de chumbo. Para a concentração de 30% trióxido de bismuto no compósito, o coeficiente de atenuação em massa representa aproximadamente 36,7% em relação à tal grandeza para o chumbo para a energia de 48 keV, sendo que para as energias de 65, 82 e 119 keV tal relação é de aproximadamente 43,1; 64,8 e 77,6% respectivamente. Ou seja, o compósito objeto de estudo deste trabalho é uma excelente alternativa em relação ao chumbo, material costumeiramente utilizado como barreira à radiação de fótons, principalmente para energias menores que 118 keV de tais, pois o compósito, além de atenuar a radiação de tais fótons de baixa energia, apresenta facilidade em sua produção e um menor impacto ambiental quando comparado ao chumbo. Vantagens adicionais estariam associadas a um peso específico reduzido, custo inferior e facilidade de fabricação. Assim, concluindo, um laminado de compósito de epóxi reforçado com fibra de carbono e com dispersão de trióxido de bismuto é uma excelente opção para barreira a radiação de fótons de baixa energia, quando comparado com placas de chumbo. O laminado, em função de sua densidade menor em comparação ao chumbo, tornaria os EPIs (equipamentos de proteção individual) radiológicos mais ergonômicos, além de não ser carcinogênico e não causar toxicidade à reprodução, ambas vantagens em relação ao chumbo. As aplicações na indústria aeroespacial também parecem promissora.
Preparação e caracterização de eletrocatalisadores PdLa e PdCe suportados em óxidos para promoção de oxidação parcial de metano usando reatores de eletrólito polimérico do tipo célula a combustível
2024 - GOMES, PAULO V.R.
Embora o metano seja considerado uma fonte de energia relativamente limpa, sua combustão resulta na emissão de CO2, contribuindo para o agravamento do efeito estufa. Uma alternativa para mitigar essas emissões consiste na conversão do metano em produtos químicos de maior valor agregado, como o metanol, amplamente empregado em diversos setores industriais. Diversas rotas de conversão são exploradas, incluindo eletrocatálise em células a combustível com eletrólito polimérico. Nessas aplicações, são necessários eletrocatalisadores bifuncionais e suportes resistentes à corrosão. Esta tese investigou a conversão de metano em metanol utilizando eletrocatalisadores de Pd, Ce e La suportados em ATO e TiO2, com diferentes proporções atômicas. A síntese dos materiais foi realizada em uma solução de água/isopropanol e analisada por técnicas de microscopia e difração. A caracterização por MET revelou, por meio de histogramas, tamanhos médios de nanopartículas variando entre 7 e 9 nm, dependendo das proporções atômicas. Os perfis de difração de raios X exibiram picos característicos do ATO e da fase anatásio do TiO2, embora os picos das terras raras tenham sido ocultados. A voltametria cíclica demonstrou que, nas condições estudadas, quanto maior a concentração de terras raras na composição dos catalisadores, menor foi a resposta eletroquímica do material. As curvas de polarização dos catalisadores, medidas entre 0,1 e 0,5 V, evidenciaram a conversão eletroquímica do metano. O catalisador Pd50La50/ATO apresentou o maior potencial de circuito aberto (0,45 V) e a mais alta densidade de potência (~1,3 mW cm-2). As análises de FTIR confirmaram a presença de metanol nos produtos de reação. A partir dos resultados de HPLC, foram determinadas as taxas de reação para a conversão de metano em metanol, com destaque para o catalisador Pd50Ce50/ATO, que alcançou uma conversão de 11 mol L-1 h-1 a 0,0 V, em temperatura ambiente e pressão atmosférica.
Síntese de catalisadores a base de Pd, Fe e PdFe suportados em carbono para a oxidação eletroquímica da ureia e amônia em reator de eletrólito polimérico - tipo célula a combustível
2025 - PEREIRA FILHO, NIVALDO G.
Esta tese investigou eletrocatalisadores de Pd/C, Fe/C e PdFe/C (20% em massa), sintetizados via redução por borohidreto de sódio, para oxidação de ureia (UOR) e amônia (AOR) em meio alcalino. Análises de DRX e MET confirmaram nanopartículas de Pd (5-10 nm) e óxidos de ferro. Voltametria e Raman in-situ evidenciaram um mecanismo bifuncional, onde óxidos de ferro facilitam a dessorção de intermediários. Em Célula a Combustível de Ureia Direta (DUFC), o Pd/C atingiu a maior densidade de potência (1,90 mW cm-2). Contudo, análises por HPLC revelaram que o Pd30Fe70/C foi mais ativo na degradação da ureia (27%), indicando maior atividade intrínseca da interface Pd-FeOx, apesar da menor eficiência faradaica. Na oxidação da amônia, houve inversão de desempenho: enquanto o Pd/C liderou em meia-célula, os bimetálicos (Pd50Fe50/C e Pd70Fe30/C) destacaram-se em Célula a Combustível de Amônia Direta (DAFC) (até 1,42 mW cm-2), confirmando a sinergia Pd-Fe na resistência ao envenenamento por Nads. O Fe/C, inativo em meia-célula, mostrou atividade em célula unitária, validando metais não nobres nessas aplicações. Os resultados atestam a viabilidade da geração de energia pela degradação de efluentes nitrogenados com catalisadores nanoestruturados de custo reduzido.
Efeitos da radiação gama nas propriedades ópticas, paramagnéticas e termoluminescentes da prehnita natural
2025 - GOMES, MONISE B.
Para este trabalho, a caracterização física do mineral natural prehnita, de fórmula química Ca2Al(AlSi3O10)(OH)2, foi realizada para verificar sua adequação como um material dosimétrico para aplicações de radiação ionizante de alta dose. Análises das composições químicas, cristalinidades e propriedades ópticas e elétricas das amostras P0, P1 e P3 foram realizadas. De acordo com a Fluorescência de Raios X (FRX) e Difração de Raios X (DRX), a prehnita é composta de óxidos principais, incluindo SiO2, Al2O3 e CaO; e óxidos menores como MnO e Fe2O3. A estrutura cristalina da prehnita manteve-se estável até 600 ºC, conforme indicado pelos resultados de DRX e pela preservação dos modos vibracionais Raman. Em temperaturas mais elevadas, acima de 800 ºC, observou-se a perda de cristalinidade no DRX e o aparecimento de bandas largas no Raman, evidenciando a transformação para uma fase amorfa. A análise por ICP-MS identificou elementos em concentrações traço não detectados por FRX, como K (~530 μg/g), Mn (~234 μg/g) e Na (~198 μg/g), que podem influenciar a resposta termoluminescente do material. Entre as amostras, P1 é a mais promissora, mostrando a maior resposta a altas doses. A resposta em função da dose demonstrou, para o pico em 245 ºC e em 325 ºC, regiões lineares nos intervalos de 0,1- 2 kGy e 0,5-20 kGy, respectivamente, com saturação ocorrendo entre 30 e 100 kGy. As energias de ativação da armadilha de 1,07-1,55 eV foram obtidas por estudos de Termoluminescência (TL), utilizando análise cinética baseada no método Tm-Tstop e taxas de aquecimento variadas. A absorção óptica apresentou modificações tanto em 1400 nm quanto em 1900 nm, provavelmente devido à presença de grupos OH- ou água no mineral, com intensidade decrescente durante os tratamentos térmicos, indicando uma desidratação progressiva. Estudos de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) para as amostras tratadas comprovaram a existência de íons Fe3+ e Mn2+, que não foram afetados pela radiação gama. Os resultados combinados indicam que o uso de prehnita, particularmente da amostra P1, pode ser usado como um material dosimétrico de alta dose estável e sensível.
Estabelecimento de metodologia para conservação da informação contida em negativos fotográficos depositados em base vítrea de acervos culturais utilizando radiação ionizante
2025 - NAGAI, MARIA L.E.
Esta pesquisa investigou o uso da radiação ionizante como método de descontaminação microbiológica de negativos fotográficos em placa de vidro, avaliando seus efeitos sobre a integridade do material. Para o desenvolvimento do método, foram utilizadas amostras translúcidas de vidro comum, permitindo definir as condições ideais de irradiação e de recuperação da transparência antes da aplicação em negativos históricos de vidro. As amostras foram irradiadas com raios gama e feixe de elétrons em doses absorvidas de 2 a 25 kGy e analisadas por espectrofotometria de UV-visível e colorimetria, técnicas que possibilitaram quantificar as alterações ópticas e identificar o escurecimento dos vidros, atribuído à formação de defeitos intersticiais e à ativação de centros de cor resultantes da interação com a radiação ionizante. O estudo investigou a influência da temperatura durante o processamento sob duas condições térmicas: temperatura ambiente e gelo seco (-73ºC). Além disso, examinou-se a exposição pós-irradiação à radiação luminosa, por meio de lâmpadas com diferentes comprimentos de onda, buscando minimizar os impactos sob a transparência. Os experimentos com negativos em placas de vidro contaminados por fungos foram realizados com irradiação gama na dose de 6 kGy, sob as mesmas condições térmicas. As análises microbiológicas confirmaram a eficácia do tratamento na completa eliminação fúngica. Para mitigar o efeito de escurecimento do suporte de vidro, os negativos foram posteriormente expostos à luz UVB, o que promoveu a recuperação da transparência sem comprometer as imagens fotográficas. Os resultados permitiram consolidar uma metodologia inovadora e segura para a aplicação da radiação ionizante na conservação de negativos fotográficos em placa de vidro, contribuindo para o avanço de estratégias alternativas e cientificamente fundamentadas voltadas à preservação do patrimônio cultural material.
Ação do azul de metileno em vesículas gigantes de membrana plasmática de Leishmania amazonensis
2021 - SOUZA, MARESSA D.F. de
A leishmaniose é uma importante doença negligenciada causada por protozoários do gênero Leishmania, que pode ser transmitida pela picada de flebotomíneos. É uma doença endêmica em mais de 97 países, incluindo o Brasil. O tratamento convencional da leishmaniose envolve o uso de fármacos que promovem efeitos clínicos adversos e resistência ao tratamento. Assim, a compreensão e o desenvolvimento de novas técnicas para o tratamento desta doença são cruciais. Recentemente, tem havido um interesse crescente na aplicação de terapia fotodinâmica (PDT) na leishmaniose cutânea, que mostra bons resultados e parece ser bem tolerada pelos pacientes. Aqui, nosso objetivo foi desenvolver um protocolo para produzir vesículas gigantes de membrana plasmática (GPMVs) a partir da membrana de promastigotas de Leishmania amazonensis, para entendimento dos mecanismos de ação da PDT mediada por azul de metileno (AM) na membrana celular de parasitas do gênero Leishmania. A extração da membrana foi feita por centrifugações com diferentes gradientes de sacarose. Dosagens de fosfato e proteína foram realizadas para confirmar a extração das membranas. As GPMVs foram então preparadas pela técnica de eletroformação usando diferentes frequências e tensões em 4 ciclos. As GPMVs reconstituídas foram observadas por microscopia óptica com contraste de fase. Na sequência, a PDT foi aplicada em GPMVs dispersas em solução aquosa contendo 50 μM de azul de metileno e verificamos as mudanças na permeabilidade antes e depois da exposição à luz. O mesmo processo foi aplicado em vesículas unilamelares gigantes (GUVs). Em células de Leishmania foi possível observar mudança de morfologia.
Determinação das doses letais e esterilizantes de radiação gama para todas as fases do ciclo evolutivo de Plutella xylostella (Linnaeus) (Lepidoptera: Plutellidae) para tratamento fitossanitário
2025 - ARAUJO, MARCIO M. de
A Plutella xylostella, conhecida como traça das crucíferas, é uma das principais pragas de Brássicas, que causa um prejuízo mundial de US$ 4 a 5 bilhões de dólares por ano. Este inseto foi um dos primeiros a desenvolver resistência ao DDT e ao BT, o que reforça a necessidade de novas estratégias de controle. A Técnica de Inseto Estéril (TIE) tem se mostrado promissora para o manejo populacional de pragas agrícolas. Este trabalho teve como objetivo determinar as doses de radiação gama que promovem letalidade e esterilidade em diferentes fases do ciclo evolutivo da espécie, com enfoque no uso fitossanitário. Os objetivos específicos incluíram: a) determinar as doses letais para todas as fases do ciclo; b) identificar doses esterilizantes e avaliar a esterilidade herdada em pupas e adultos; c) medir o consumo foliar por larvas irradiadas; e d) investigar os efeitos da radiação nas gônadas masculinas por meio de análises histológicas. O experimento foi realizado em laboratório, a criação foi alimentada com couve orgânica a 25ºC e fotofase de 12:12. Para os testes com ovos, utilizou-se 50 ovos por dose (0, 25, 50, 60, 75, 100, 150 e 200 Gy), com quatro repetições. Larvas (10 por dose, 5 repetições) foram irradiadas nas mesmas doses. Pupas (20 por dose, divididas igualmente entre machos e fêmeas) e adultos (10 por dose) foram testados em doses entre 0 e 700 Gy. Os resultados mostraram que a dose letal para ovos foi 75 Gy, sem dose esterilizante identificada. Em larvas, 100 Gy impediram o desenvolvimento e afetou negativamente o consumo foliar. Para pupas, a dose letal foi 500 Gy, enquanto para adultos foi 600 Gy. As doses esterilizantes foram 300 Gy para machos e 200 Gy para fêmeas. A prole de machos irradiados com 200 Gy foi completamente estéril, com longevidade média de 8 dias (pupas) e 14 dias (adultos). A analise histológica dos testículos não revelou alterações morfológicas significativas nos indivíduos irradiados com 300 Gy. O estudo conclui que os machos adultos estéreis apresentam maior potencial de uso, devido a sua longevidade.
Planejamento da linha integrada de fabricação de elementos combustíveis para o Reator Multipropósito Brasileiro - RMB
2026 - IBARRA, LUIS A.C.
Esta tese avaliou a capacidade da nova linha integrada de fabricação de elementos combustíveis para o Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), considerando a meta de produção de 70 elementos por ano. A análise utilizou a Teoria das Restrições (TOC), a Teoria das Filas e a Simulação de Eventos Discretos para identificar gargalos, estimar capacidade e compreender os efeitos dinâmicos do fluxo produtivo. Os resultados indicaram que, na configuração atual, o setor de corte e controle limita a produção a cerca de 22 elementos por ano. Com a redistribuição de atividades e operação em pipeline, a capacidade teórica se eleva para 68 elementos por ano sem contratação adicional de mão de obra e 83 elementos por ano como capacidade bruta máxima. A simulação confirmou a viabilidade desses valores, mostrando que no primeiro ano seria possível produzir 74 elementos, estabilizando em torno de 80 elementos anuais nos ciclos seguintes. Além da confirmação da capacidade, a simulação revelou efeitos secundários como formação de estoques intermediários, armazenamento de insumos perigosos e geração de resíduos e efluentes. Esses aspectos foram discutidos em recomendações operacionais e abrem espaço para trabalhos futuros, incluindo o estudo de processos de tratamento de efluentes e recuperação de materiais, integração de estruturas administrativas e manutenção, análise de custos e cadeia de fornecimento, incremento de capacidade para novos produtos, suprimento de UF6 e contratação e treinamento de operadores.
Aplicação de algoritmo de machine learning para a segmentação automática de imagens médicas com deep learning por meio da técnica de federated learning
2025 - MELO, LUCIANA S.A. de
A inteligência artificial (IA) e a ciência de dados têm apresentado avanços expressivos na área da saúde, impactando significativamente o diagnóstico e tratamento de doenças. No entanto, a aplicação de IA na medicina enfrenta desafios, como a necessidade de grandes volumes de dados e a preservação da privacidade dos pacientes. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo de machine learning para a segmentação automática da próstata em imagens de ressonância magnética, utilizando a arquitetura U-Net e técnicas de deep learning aliadas ao aprendizado federado (federated learning). Foram empregadas três bases de dados públicas PROMISE12, Medical Segmentation Decathlon (Task 05: Prostate) e PI-CAI - que proporcionaram um conjunto diversificado de imagens para o treinamento e a validação do modelo. O treinamento foi realizado inicialmente em um ambiente centralizado, seguido pela simulação de um cenário federado com uso do framework Flower. Os resultados obtidos demonstram que o aprendizado federado foi capaz de atingir desempenho comparável ao modelo centralizado, com métricas relevantes como Dice Score e Coeficiente de Jaccard. Os achados desta pesquisa indicam que a abordagem proposta é promissora para aplicações clínicas, especialmente em contextos que exigem a preservação da privacidade e a descentralização dos dados.
Investigation of hyperfine interactions in multiferroic oxides RMnO3 (R = Y, Dy, Tb and Ho) by means of first-principles calculations
2025 - MACIEL, LEVY S.
Multiferroic manganites, RMnO3, in both their hexagonal (space group P63cm) and orthorhombic (space group Pnma) phases, exhibit a range of technologically compelling properties such as ferroelectricity, magnetoelectric coupling, and multiferroicity. While experimental studies have revealed significant atomistic characteristics, a unified model that fully explains the microscopic origin of these properties remains elusive. In this context, hyperfine interactions provide a powerful atomic-scale probe. Parameters such as the Electric Field Gradient (EFG), its asymmetry parameter (η), and the magnetic hyperfine field (Bhf) serve as direct indicators of the local electronic and magnetic environment, offering critical insights for model development. This thesis employs first-principles calculations based on Density Functional Theory (DFT) to systematically investigate the behavior of these hyperfine parameters in RMnO3 compounds (R = Y, Dy, Ho, and Tb) across both crystalline phases. Our computational study reveals the specific structural and electronic properties that most significantly influence the hyperfine parameters in each phase. A key finding is that the standard DFT+U approach, applied solely to the manganese sites, is insufficient to accurately describe the hyperfine interactions in these compounds. This insufficiency underscores the necessity for more advanced theoretical extensions of DFT to capture the complex electronic correlations at play. Given the current scarcity of experimental hyperfine data for these systems, our results establish a foundational theoretical benchmark. This work not only provides a basis for future investigations into the microscopic mechanisms of manganites, guided by hyperfine parameters, but also identifies the precise limitations of current DFT methodologies. By delineating these limitations, we point toward new directions and necessary theoretical refinements for future research in this field.
Europium complexes as luminescent sensitizers in persistent phosphors with potential optical energy conversion, storage, and imaging applications
2025 - FRANCISCO, LEONARDO H.C.
Since their discovery, due to their unique properties of storing the excitation energy and slowly releasing it in the form of visible or near-infrared photons over a period of time which can vary from a few minutes up to several hours, persistent phosphors have found a wide range of applications in several areas such as illumination, optoelectronics, energy conversion, storage, bioimaging, anticounterfeiting, among others. Recent advances in developing long-lasting persistent phosphors often focus on tuning absorption and emission wavelength, as well as increasing persistent luminescence decay time, all of which may be achieved with the introduction of core-shell structures in these materials. The guiding principles for this approach in persistent phosphors are often based on reducing surface energy loss as well as broadening the absorption cross-section and controlling disorder in the crystal lattice to introduce suitable trap states for storing charge carriers in these materials. An interesting way to sensitize the host-activator luminescence, for example, is making use of ligand-based surface sensitization. In this context, lanthanide complexes arise as promising candidates as luminescent sensitizers due to the high molar absorption coefficient of the ligands, which may sensitize luminescence by various distinct mechanisms. Hence, in this work, europium complex-doped core-shell persistent phosphors were prepared and extensively investigated, targeting to establish a novel efficient strategy of designing core-shell persistent phosphors using highly luminescent lanthanide complexes as sensitizers.
Desenvolvimento de um fantoma antropomórfico para controle de qualidade em procedimentos de radiocirurgia
2024 - CARVALHO, JOAO V.M. de S.
Com novos serviços de radioterapia surgindo cada vez mais devido ao Programa de Expansão da Radioterapia no Sistema Único de Saúde (PER-SUS), criado pelo governo em 2012 para ampliar a cobertura de tratamentos oncológicos no país e diminuir as deficiências de atendimento à saúde para a população dos municípios do interior dos estados, foram buscadas novas alternativas para ajudar esses serviços na sua abertura e treinamento de equipe já que foi observado um corpo clinico capacitado, mas sem experiência. O presente estudo teve como objetivo o desenvolvimento de um fantoma 3D de baixo custo, com a finalidade de validação de serviços de radioterapia por meio de testes end-to-end. A produção do fantoma foi realizada utilizando uma impressora 3D modelo Sethi S4x FDM. A etapa de treinamento foi realizada utilizando o fantoma em todo o fluxo que o paciente e a equipe de um serviço de radioterapia estão envolvidos. Inicialmente foi solicitado aos técnicos em radioterapia para realizarem a confecção de máscara termoplástica utilizando o fantoma de cabeça e pescoço. Posteriormente foram adquiridas as imagens de tomografia computadorizada com cortes de 1 mm para planejamento. Com as imagens importadas para o sistema de planejamento, foi realizado o delineamento das estruturas de interesse pelo médico radio-oncologista (radioterapeuta) e o planejamento do tratamento realizado por parte da equipe de Física Médica, finalizando com o posicionamento do fantoma no acelerador linear pela equipe de técnicos para tratamento. Os resultados obtidos apresentam-se adequados, mostrando a eficiência do fantoma para a validação de um Serviço de Radioterapia, além de sua capacidade de integrar o processo de treinamento abrangente à toda a equipe responsável pelo referido serviço.
Obtenção e caracterização de Si3N4/wollastonita para aplicações biomédicas
2025 - REIS, JOAO V.B.
Neste trabalho, foram investigadas cerâmicas de nitreto de silício (Si3N4) contendo wollastonita (CaSiO3) para aplicações biomédicas. Foram preparadas cinco composições, variando a porcentagem em massa de CaSiO3 (5, 10, 20, 30 e 40 %) e o tipo de moagem (moagem em moinho de bolas e moinho atritor). Compactos verdes obtidos por prensagem uniaxial e isostática a frio foram sinterizados a 1800 ºC por 1 hora em atmosfera de nitrogênio. Amostras sinterizadas foram caracterizadas quanto à densidade e porosidade aparentes, microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX), além de dureza, tenacidade à fratura, módulo de elasticidade e resistência à compressão. Testes de reatividade in vitro foram realizados a partir da imersão de discos cerâmicos em solução de SBF (Simulated Body Fluid). Após as caracterizações, observou-se que todas as amostras desenvolveram uma microestrutura formada por grãos alongados de β-Si3N4 e wollastonita como fase cristalina secundária. A utilização de moagem em moinho de bolas não foi eficiente para a produção de amostras densas, cujo máximo valor de densidade relativa foi de 88 %. No entanto, até 96% da densidade relativa foi atingida para as amostras obtidas por moagem de alta energia, sendo que maiores teores de CaSiO3 favoreceram a densificação. O comportamento mecânico também foi influenciado pela concentração de CaSiO3, mas teores superiores a 20% em massa resultaram na degradação das propriedades mecânicas. Foram atingidos valores de até 12,97 GPa de dureza e 5,45 MPa.m1/2 de tenacidade à fratura. A resistência à compressão variou de 1096 a 2841 MPa e módulo de Young, de 138 a 234 GPa. Após os testes de imersão em SBF, a superfície das cerâmicas de nitreto de silício com teores de wollastonita acima de 10% em massa formou um filme contendo estruturas morfologicamente semelhantes à hidroxiapatita, indicando bioatividade.
Caracterização e otimização de doses em protonterapia
2024 - BRANCO, ISABELA S.L.
Em protonterapia, as características físicas do feixe de tratamento resultam em um pico máximo de deposição de energia (pico de Bragg) a uma profundidade bem definida, com um alcance finito no tecido. Estas características, associadas com avanços tecnológicos, permitem que a dose total em estruturas críticas seja reduzida, enquanto doses mais altas e melhores conformadas são entregues ao volume tumoral especialmente quando comparadas à terapia com fótons. Embora utilizada mundialmente, a terapia com prótons ainda busca por uma caracterização e cálculos dosimétricos mais acurados para os campos de tratamento. Neste contexto, o objetivo do presente projeto é contribuir no estudo dos aspectos que geram incertezas no tratamento com prótons. Entre os atuais desafios dosimétricos e clínicos, foram selecionadas e estudadas quatro potenciais fontes de incertezas e seus impactos nas distribuições de doses advindas de simulações de Monte Carlo (MC), realizadas com os códigos MCNP e TOPAS. Inicialmente, foram investigados os efeitos da composição química e densidade de materiais tecido equivalentes na distribuição de dose longitudinal de prótons, explicitando as incertezas que poderiam ser causadas pelo meio. Em seguida, foi desenvolvida uma ferramenta para conversão de espaços de fase entre ambos os códigos de MC, visando eliminar imprecisões na definição das fontes de radiação entre os mesmos. Algoritmos para criação de spread-out Bragg peaks (SOBPs) permitiram avaliar distintos métodos que otimizam a entrega de dose em profundidade. Além destes estudos, foi elaborado um algoritmo pencil-beam (PBA). No PBA, além das distribuições de dose, também foram avaliadas influências de diferentes modelos matemáticos na precisão das mesmas, uma análise que não pode ser feita com a aquisição de um sistema comercial de caixa preta. O PBA foi, a princípio, desenvolvido para o cálculo de distribuições de dose uniformes em um meio homogêneo de água. Os principais tópicos investigados resultaram em uma descrição mais compreensível das distribuições de doses terapêuticas para prótons e em um importante progresso na área de radioterapia, impulsionando a imersão de pesquisadores brasileiros nesta nova modalidade de tratamento.
Estudo e desenvolvimento de uma metodologia para a análise da contaminação de iodo-126 na produção do iodo-125 utilizado na produção em larga escala de sementes de iodo no tratamento de câncer
2025 - MEDEIROS, ILCA M.M.A.
O câncer é um desafio para a saúde pública mundial, tornando essencial desenvolver e aprimorar terapias eficazes, como a braquiterapia, que utiliza fontes radioativas posicionadas junto ao tumor para dose localizada, minimizando a exposição de tecidos saudáveis. No Brasil, as sementes de iodo-125 (125I), empregadas no tratamento de câncer de próstata, são atualmente importadas. Com o intuito de nacionalizar esta tecnologia, este trabalho desenvolveu um método para determinar os índices de iodo-126 (126I) na solução de iodeto de sódio (NaI) utilizado na produção das sementes de 125I. O 126I é considerado um contaminante, pois as características deste radionuclídeo não são favoráveis para este tipo de tratamento. O 125I é produzido pela irradiação de 124Xe no Reator IEA-R1 do IPEN, sendo que as melhores condições estabelecidas incluem um tempo de irradiação de 48 horas, fluxo de nêutrons na faixa de 3 a 8 × 1013 n.cm-2s-1·, seguidas por um período de decaimento de uma semana para liberação da amostra. Para a análise dos radionuclídeos, utiliza-se um Detector de Radiação de Alta Pureza (HPGe). A atividade do 125I é determinada mediante método do pico soma, enquanto a quantificação do 126I é realizada pela curva de eficiência, utilizando uma fonte padrão de 166mHo, no qual os dados experimentais são complementados com simulações realizadas através do Método de Monte Carlo. Os resultados demonstram a viabilidade de produzir 125I no Reator IEA-R1 com níveis de contaminação do 126I inferiores a 0,005%, atendendo aos requisitos clínicos. A pesquisa não apenas estabelece parâmetros para a futura produção nacional das sementes, como também valida um método para controle de qualidade, combinando técnicas experimentais e simulações computacionais avançadas, representando a etapa final laboratorial do ciclo de pesquisas no CETER que viabilizará maior acessibilidade ao tratamento no país.
Efeitos da radiação ionizante em tintas e pigmentos utilizados no restauro de obras de arte
2025 - ANTONIETTO, HILDA P.
As obras de arte visual estão entre os artefatos que integram o patrimônio cultural e necessitam de cuidados específicos que garantam sua permanência para as futuras gerações. A conservação das obras de arte visual se refere ao controle e eliminação dos fatores que causam sua deterioração, como pragas e contaminações microbiológicas. Entre as diversas abordagens empregadas, a radiação ionizante é uma alternativa que se mostra eficaz na eliminação de infestações biológicas desde a presença de insetos até a contaminação por fungos e bactérias, cuja energia produzida é suficiente para eliminar a contaminação e a infestação. Ela age por meio de quebras moleculares, porém sem afetar as estruturas do núcleo atômico e evitando que o material irradiado se torne radioativo. O Centro de Tecnologia das Radiações (CETER-IPEN-CNEN/SP) desenvolve projetos no âmbito da conservação do patrimônio cultural, empregando radiação ionizante gama proveniente do Co60. O objetivo desta pesquisa foi estudar os efeitos da radiação ionizante sobre tintas e pigmentos utilizados na reintegração cromática de pinturas de cavalete, bem como a determinação de doses absorvidas suficientes para a descontaminação, sem produzir efeitos de degradação. Dezessete amostras de canvas receberam camadas de tintas e pigmentos, sendo expostas a doses cumulativas de 3 a 15 kGy. Os procedimentos incluíram caracterização com fluorescência de raio X (XRF) e análises de colorimetria, microscopia eletrônica de varredura MEV, espectroscopia Raman e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), antes da irradiação e após a dose absorvida de 10 kGy. Os resultados indicaram que não houve mudança significativa nas cores, destacando-se a aplicabilidade da técnica como estratégia segura de desinfestação e descontaminação de pinturas de cavalete já restauradas com as tintas e pigmentos analisados.

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