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Biocarvão de endocarpo de macaúba dopado com lantânio para a eletrogeração de H2O2 in-situ visando a degradação de óleo lubrificante automotivo
2025 - GOMES, DEIWID F.
Este estudo investigou o uso de biocarvão produzido a partir do endocarpo de macaúba, dopado com lantânio, para a eletrogeração de peróxido de hidrogênio (H2O2) e sua aplicação na degradação de óleo lubrificante automotivo. A macaúba (Acrocomia aculeata) é uma palmeira nativa do Brasil muito utilizada pelas indústrias de alimentos, cosméticos e de energia, sendo que sua produtividade por hectare (4 t/ha) chega a ser maior até mesmo que a da soja (3,5 t/ha). O principal objetivo foi avaliar a viabilidade e a eficácia do biocarvão do endocarpo de macaúba dopado com lantânio como um catalisador heterogêneo para eletrogeração de H2O2, comparando seu desempenho com o Printex L6, um material de carbono comercial amplamente utilizado na literatura. A produção de H2O2 foi monitorada por espectroscopia de UV-Vis, enquanto a degradação do óleo lubrificante foi analisada por cromatografia líquida de alta performance (da sigla em inglês, HPLC). Particularmente em relação à degradação do óleo lubrificante, o biocarvão demonstrou maior eficiência na degradação de oleamida, atingindo uma taxa de 70% na presença de luz ultravioleta e íons Fe2+, condições para o processo fotoeletro-Fenton, superando o desempenho do Printex L6 (26% de degradação. Entre os biocarvões dopados, obteve-se 75% de degradação de estereamida na dopagem com 10% de La2O3 e 60,1% de degradação da Oleamida no dopado com 2,5%. As análises estruturais do biocarvão revelaram uma maior presença de grupos funcionais oriundos de lignina (anéis aromáticos e carboxilas) em sua superfície (e pequenos aglomerados grafíticos, o que favoreceu sua performance catalítica na reação de redução de oxigênio. Em conclusão, o biocarvão de macaúba apresentou-se como uma alternativa promissora e sustentável para a degradação de óleos lubrificantes e a eletrogeração de H2O2, superando o material comercial utilizado como referência. Este trabalho demonstra a viabilidade do uso de resíduos da indústria, como o endocarpo de macaúba, em processos industriais sustentáveis, contribuindo para a valorização de subprodutos nacionais e cumprimento da agenda relacionada aos princípios da Química Verde.
Aperfeiçoamento do controle de qualidade e detecção em ativímetros por meio de um sistema tandem, simulações de Monte Carlo, técnicas luminescentes e filmes radiocrômicos
2025 - LITVAC, DANIEL
Materiais radioativos são amplamente utilizados em hospitais tanto para diagnósticos quanto para tratamentos em medicina nuclear. A determinação precisa da atividade desses materiais é crucial antes de sua administração a um paciente. O principal instrumento empregado para medir a atividade é a câmara de ionização do tipo poço. No Brasil, o conjunto formado pela câmara, o eletrômetro e o display, configurado para fornecer a atividade de um radiofármaco, é chamado de ativímetro (anteriormente conhecido como curiômetro). Essas câmaras foram inicialmente desenvolvidas para medir a atividade de amostras líquidas de radionuclídeos emissores de radiação gama. Com o tempo, seu uso foi expandido para a medição de emissores beta puros de alta energia, além da avaliação de fontes terapêuticas de baixa taxa de dose e de fontes usadas em diagnósticos por imagem. Neste trabalho de pesquisa, foram realizados testes de garantia e controle de qualidade nas câmaras de ionização do tipo poço. Esses testes seguiram as recomendações do National Physical Laboratory (NPL), laboratório padrão primário do Reino Unido, e foram aplicados tanto à câmara padrão secundário Capintec, modelo NPL-CRC (1999), quanto à câmara padrão terciário Capintec, modelo NPL-CRC-25® (2013). Esses instrumentos pertencem ao Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI) do Centro de Metrologia das Radiações Ionizantes e são usados como padrões de rastreabilidade metrológica no Centro de Radiofarmácia do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, São Paulo. No entanto, apenas a câmara de ionização do tipo poço não é suficiente para detectar possíveis impurezas nas amostras de radionuclídeos ou falhas nos ativímetros, o que pode resultar em consequências indesejáveis, como aumento da dose absorvida por pacientes e trabalhadores envolvidos em procedimentos clínicos e de produção. Para identificar impurezas e otimizar o controle de qualidade de ativímetros, foram utilizados filtros atenuadores, materiais termoluminescentes, filme radiocrômico e simulações de Monte Carlo no transporte das radiações ionizantes. O método de detecção com absorvedores é conhecido como Sistema Tandem. Além do sistema Tandem, foi desenvolvida uma técnica que possibilita a comparação das doses absorvidas de radionuclídeos em dosímetros posicionados em um fantoma de PMMA com resultados obtidos por meio de simulações de Monte Carlo. Essa técnica permite identificar possíveis falhas nos resultados do ativímetro, quando se conhece a dose específica esperada para uma determinada atividade do radionuclídeo. Também foram determinados os fatores de calibração por meio das simulações e foram comparados com os valores reais experimentais. Com isso, foi estabelecido um método que abrange os possíveis cenários que necessitam de atenção e são negligenciados na rotina de uso dos ativímetros.
Degradação de pesticidas orgânicos em objetos etnográficos contaminados utilizando radiação ionizante
2025 - VIEIRA, ANA C.D.
Pesticidas presentes em bens culturais colocam em risco a saúde de profissionais de museus e de outras pessoas que manuseiam objetos contaminados, o que torna indispensáveis métodos eficazes de descontaminação. A radiação gama tem se destacado como uma técnica promissora, comprovada em estudos anteriores por sua capacidade de degradar pesticidas orgânicos em diferentes substratos. Este estudo investigou o uso da radiação gama na descontaminação de materiais-modelo representativos de coleções etnográficas, artificialmente contaminados com pesticidas organoclorados e piretróides sintéticos. As amostras foram expostas a doses de 30 kGy de radiação gama no Irradiador Gama Multipropósito de Cobalto-60 (IPEN-CNEN/SP) e analisadas por colorimetria, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier - reflexão total atenuada (FTIR-ATR), espectroscopia Raman amplificada por superfície (SERS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A quantificação dos pesticidas foi realizada por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS). As amostras foram irradiadas na condição seca e úmida para comparação de performance. As taxas de remoção de pesticidas alcançaram até 100% em alguns materiais, dependendo do tipo de pesticida e da condição de irradiação. Em geral, não foram observadas alterações significativas na coloração ou na morfologia dos materiais, entretanto, diante dos resultados apresentados é recomendável o processamento dos materiais na condição seca. Esses achados sugerem que a radiação gama é um método viável para descontaminação de materiais do patrimônio cultural, oferecendo uma solução potencial para mitigar a contaminação por pesticidas em coleções museológicas.
Aplicação dos conceitos de BPF de medicamentos em uma instalação multipropósito de produção de radiofármacos
2025 - ZAPPAROLI JUNIOR, CARLOS L.
O presente trabalho teve como objetivo estudar, desenvolver e construir uma instalação multipropósito destinada à produção de radiofármacos, assegurando a harmonização entre as exigências normativas de Boas Práticas de Fabricação (BPF) de medicamentos e os requisitos de segurança radiológica e ambiental. O estudo buscou integrar, de forma inédita, os princípios de radiocontenção e barreiras de biocontaminação aplicados a um ambiente de produção farmacêutica radioativa, contemplando todas as etapas do ciclo de projeto, desde o desenvolvimento conceitual até a validação final da instalação. A pesquisa envolveu revisão bibliográfica e normativa abrangente, com base em documentos da ANVISA, CNEN, ABNT e ISO, a fim de estabelecer os critérios de desempenho e os parâmetros de qualificação aplicáveis às áreas classificadas. O projeto de engenharia incluiu o dimensionamento do sistema de ventilação, a definição de fluxos de ar, a caracterização das barreiras de contenção e a especificação de materiais e equipamentos adequados para o controle de partículas viáveis e não viáveis. Foram conduzidos ensaios ambientais e radiológicos, abrangendo testes de integridade dos filtros HEPA, ensaios de estanqueidade, recuperação e balanceamento de ar, além de monitoramentos microbiológicos e particulados em diferentes condições operacionais. Os resultados obtidos demonstraram controle ambiental satisfatório, com níveis de partículas e carga microbiana abaixo dos limites de referência, tempos de recuperação inferiores aos recomendados pela RDC nº 658/2022 (ANVISA) e desempenho de filtração superior a 99,99% de retenção para partículas ≥ 0,3 μm. Os testes de estanqueidade e integridade confirmaram a eficiência dos filtros e a ausência de vazamentos significativos nas caixas terminais e nas Unidades de Tratamento de Ar (UTA), garantindo a estanqueidade do sistema. Complementarmente, foram realizados estudos radiométricos com modelagem determinística e por Monte Carlo, contemplando o comportamento das blindagens primárias e secundárias, a dispersão de radiação nas células quentes e as doses efetivas nos Indivíduos Ocupacionalmente Expostos (IOE). Os resultados comprovaram que as doses permanecem amplamente abaixo dos limites regulamentares, evidenciando a robustez do projeto em termos de segurança radiológica. Em síntese, a instalação multipropósito desenvolvida no IPEN-CNEN/SP mostrou-se plenamente aderente aos requisitos nacionais e internacionais de qualidade, segurança e Boas Práticas de Fabricação. O trabalho contribui de forma significativa para o fortalecimento da infraestrutura nacional de produção de radiofármacos e para o avanço científico e tecnológico da Medicina Nuclear no Brasil, constituindo um modelo de referência para futuras instalações de natureza similar.
Efeitos de radiações eletromagnéticas de diferentes energias em quartzo azul
2024 - CARRERA, BETZABEL N.S.
Neste trabalho, investigaram-se as propriedades dosimétricas do quartzo azul natural, com foco em suas possíveis aplicações na dosimetria clínica. O estudo foi dividido em quatro etapas: (1) caracterização do material em pó; (2) produção e caracterização de pastilhas sinterizadas; (3) avaliação das propriedades dosimétricas; e (4) testes em ambientes clínicos reais. Na primeira etapa, o quartzo azul em pó, com granulometria entre 0,018 e 0,075 mm, apresentou picos termoluminescentes (TL) em aproximadamente 121, 169, 203, 257 e 342 °C. Tratamentos térmicos a 600, 900, 1000 e 1200 °C modificaram a intensidade TL, sendo o tratamento a 1200 °C o mais eficaz, destacando-se um pico em torno de 204 °C. A sensibilização por pré-dose aumentou significativamente a resposta TL, com máxima intensidade após pré-dose de 1 kGy e ativação térmica a 550 °C. Na segunda etapa, pastilhas de quartzo azul com 6 mm de diâmetro e 1 mm de espessura foram sinterizadas a 1200 °C por uma hora, tornando-se mecanicamente resistentes e adequadas para manuseio, tratamentos térmicos e irradiações repetidas. A resposta TL inicial apresentou dois picos, mas uma sensibilização adicional com pré-dose de 500 Gy e ativação a 550 °C resultou em um aumento de aproximadamente 50 vezes na intensidade. A curva de emissão final exibiu seis picos, em 109, 150, 240, 259, 350 e 450 °C, com energias de ativação correspondentes de 0,92; 1,03; 1,19; 1,40; 1,75 e 1,90 eV. Na terceira etapa, para a avaliação das propriedades dosimétricas, selecionou-se o pico em torno de 214 °C, devido à sua estabilidade e repetibilidade. As pastilhas foram previamente selecionadas quanto à dispersão individual e grupal, resultando em um índice de variabilidade de 3%. As principais propriedades investigadas incluíram: linearidade (60Co: 0,302-8 Gy; 137Cs: 5-30 mGy), sensibilidade (metade da intensidade do TLD-100), desvanecimento (menor que 5% em 40 dias), dependência energética em baixas energias, tratamento térmico de reutilização (400 °C) e pré-aquecimento a 110 °C para eliminação de picos de baixa temperatura. A análise espectral entre 300 e 550 nm revelou duas bandas de emissão: 380 e 460 nm. Observou-se que o pico a 110 °C está associado à emissão em 380 nm, enquanto os picos em torno de 220 °C e 450 °C correspondem às bandas de 380 e 460 nm. Na quarta etapa, realizaram-se testes clínicos. No setor de Medicina Nuclear do Instituto do Coração da USP, pastilhas foram posicionadas em uma cuba de água contendo duas seringas com Tc-99m (32 e 15,5 mCi). As curvas TL obtidas permitiram mapear as doses absorvidas, evidenciando maior exposição próxima à seringa de maior atividade. Na área de Radioterapia do Hospital do Câncer de Uberlândia, pastilhas foram inseridas em um simulador pediátrico de cabeça e irradiadas em um acelerador linear Versa HD. As leituras apresentaram concordância melhor que 5% em relação aos valores de referência do planejamento clínico. Os resultados demonstram que o quartzo azul natural possui características adequadas para uso como dosímetro termoluminescente, destacando-se pelo baixo custo, reusabilidade e resposta estável, indicando seu potencial para aplicações em dosimetria clínica.
Desenvolvimento de cartucho microfluídico em vidro BK7 para pré-concentração eficiente de [18F]fluoreto, fabricado por microusinagem com laser de femtossegundo
2025 - GOMES, ANTONIO A.
A Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET) é uma técnica de imagem não invasiva, com elevada sensibilidade, especificidade e acurácia no diagnóstico e estadiamento do câncer. Entre os vários radionuclídeos empregados na PET, o flúor-18 destaca-se devido às suas propriedades radioquímicas vantajosas, que permitem investigar processos biológicos compatíveis com sua meia-vida de aproximadamente 110 minutos e obter imagens de alta resolução. Tradicionalmente, os radiofármacos PET contendo [18F]fluoreto são produzidos em sistemas de síntese automatizados operados com cassetes (ou kits), cuja primeira etapa é a pré-concentração do radionuclídeo. Nessa etapa, o radionuclídeo é retido em um cartucho contendo resina de troca aniônica e eluído em seguida com uma solução aquosa de Kryptofix 2.2.2 e carbonato de potássio, com volume de 0,6 a 1 mL e proporção entre os solventes de até 50% de água. Contudo, o grande volume e a alta porcentagem de água na eluição, aliados à necessidade de secagem azeotrópica para síntese nucleofílica anidra, reduzem os rendimentos radioquímicos nos sistemas convencionais. Nesse contexto, dispositivos microfluídicos têm se destacado como alternativas promissoras, oferecendo tempos de reação reduzidos, maior eficiência de eluição, menor consumo de reagentes e/ou eliminação de etapas críticas do processo tradicional. Neste trabalho apresenta-se o primeiro desenvolvimento de um microcartucho usinado em vidro óptico de borossilicato (BK7) por ablação a laser de pulsos ultracurtos, destinado aos processos de retenção e eluição de [18F]fluoreto. O dispositivo possui reservatório de partículas de 17 μL e capacidade máxima de 8,5 mg de resina de troca aniônica - massa até 16 vezes menor que a utilizada em cartuchos convencionais. Sem necessidade de pré-condicionamento, o microcartucho apresentou capacidade global de retenção e eluição de (94,1 ± 0,1)% com atividades superiores a 123 GBq de [18F]fluoreto, representando o primeiro relato de rendimento radioquímico de eluição de um microcartucho nessas condições. Adicionalmente, o volume de 100 μL de eluente (6 a 10 vezes menor que o processo convencional e contendo apenas 5% de H2O) com [18F]fluoreto recuperado foi utilizado diretamente na síntese de [18F]fluoromisonidazol ([18F]FMISO), sem a etapa de secagem azeotrópica. Essa abordagem eliminou o procedimento que mais impacta negativamente o rendimento radioquímico em sínteses de radiofluoração nucleofílica, demonstrando um avanço significativo rumo à miniaturização, simplificação e maior eficiência na produção de radiofármacos PET.
Enxertia de membranas poliméricas por radiação ionizante para adsorção de urânio de efluentes líquidos
2025 - CARDOSO, AMANDA C.P.
A produção de elementos combustíveis pelo IPEN-CNEN tem perspectiva de sofrer aumento para atender ao Reator Multipropósito Brasileiro, em construção. Esta produção gera resíduos sólidos e líquidos que requerem tratamento adequado para minimizar os impactos ambientais, e promover práticas mais sustentáveis. Diante do aumento da geração de energia nuclear e a escassez de fontes terrestres de urânio no mundo, a crescente demanda por esse elemento tem incentivado a busca por alternativas de exploração de urânio. Assim, várias pesquisas estão disponíveis sobre a adsorção de urânio da água do mar. Levando em consideração esse cenário, neste estudo, os tecidos de Winged Nylon (WN) e Winged polipropileno (WPP) foram enxertados via radiação ionizante (RIG) com o monômero Bis[2-(metacriloiloxi) etil] fosfato (B2MP) para adsorção de urânio de efluentes líquidos aquosos. A RIG promoveu a funcionalização dos tecidos poliméricos com grupos fosfato capazes de adsorver urânio da solução. As membranas sintetizadas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV); por técnicas de espectroscopia: por microscópio confocal Raman, na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR-ATR), de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (ICP-OES); termogravimetria, e espectrometria gama. Os resultados mostraram que variações nos parâmetros de reação, como concentração de reagentes, tipo e dose de radiação, afetaram o grau de enxertia (DoG). A comparação entre as membranas sintetizadas revelou diferenças na adsorção de U. A WN-g-polyB2MP DoG de 45% apresentou 9,66 μg de U/g de membrana, com 83% de capacidade de adsorção, foi a mais alta e DoG intermediário. A membrana WPP-g-polyB2MP com DoG 90% apresentou 89% de capacidade de adsorção, 8,28 μg de U/g de membrana. O controle do grau de enxertia mostrou ser essencial para alcançar a melhor da adsorção de urânio de efluente líquido da produção de elemento combustível do IPEN.
Clonagem, expressão e caracterização do hormônio de crescimento (GH) de pirarucu (Arapaima gigas) e relativa análise filogenética
2025 - LIMA FILHA, ELIANA R.
O Arapaima gigas, conhecido como pirarucu, é um dos maiores peixes de água doce, com grande valor econômico e ecológico. No entanto, enfrenta riscos de extinção devido à sobrepesca e disfunções reprodutivas em cativeiro. O hormônio de crescimento (GH) desempenha papéis cruciais no crescimento, metabolismo e reprodução em vertebrados. Em peixes, o GH também influencia processos fisiológicos, como a osmorregulação e o sistema imunológico. A produção recombinante do GH em sistemas heterólogos representa uma abordagem promissora para superar desafios na aquicultura do pirarucu, promovendo avanços em estratégias de conservação e manejo sustentável. Os objetivos deste estudo incluíram clonar e expressar o cDNA do GH de A. gigas, caracterizar suas propriedades físico-químicas e confirmar sua atividade biológica. Além disso, buscou-se realizar uma análise filogenética comparativa com outras espécies, a fim de entender as relações evolutivas do GH no contexto dos Osteoglossiformes e de ordens relacionadas. Foi obtida uma sequência completa do cDNA de ag-GH com 627 nucleotídeos, que codifica um polipeptídeo de 208 aminoácidos. A produção em células HEK293 foi bem-sucedida, apresentando um rendimento total de 18,7 mg/L. Análises por HPSEC e MALDI-TOF-MS confirmaram a integridade e pureza da proteína recombinante. A análise filogenética revelou alta similaridade do GH de A. gigas com Scleropages formosus, reforçando a proximidade filogenética entre as espécies da ordem Osteoglossiformes. Um bioensaio in vivo, para determinar o aumento do peso corporal de camundongos anões, demonstrou uma atividade biológica para ag-GH cuja potência foi 80% daquela apresentada pela Preparação de Referência Internacional de rec-hGH (AFP8990A) do National Hormone and Pituitary Program (NHPP, Torrance, CA, EUA). Como as duas espécies (Homo sapiens e Arapaima gigas) são separadas por um período evolutivo de >100 milhões de anos, consideramos extremamente interessante tal correlação biológica positiva. Esses resultados sugerem que o GH de A. gigas possui características conservadas, essenciais para a compreensão da biologia reprodutiva e do crescimento da espécie. Conclui-se portanto que a clonagem, expressão e caracterização do GH de A. gigas foram realizadas com sucesso, fornecendo dados inéditos sobre a sequência e propriedades físico-químicas dessa proteína. A análise filogenética contribuiu para o entendimento das relações evolutivas do GH entre diferentes ordens de peixes. Os resultados obtidos oferecem perspectivas promissoras para o desenvolvimento de estratégias de reprodução em cativeiro e manejo sustentável do pirarucu, representando um avanço significativo no conhecimento da fisiologia dessa espécie de relevância ecológica e econômica.
Estudos ecotoxicológicos para a cianobactéria Microcystis aeruginosa: efeitos da radiação ionizante
2025 - SILVA, THALITA T.
As cianobactérias, ou popularmente conhecidas como algas azuis, foram essenciais para a formação da biosfera graças à sua capacidade fotossintética e, atualmente, a atenção volta-se para a sua dominância em florações tóxicas de cianobactérias que possam degradar a qualidade do corpo d'água e oferecer riscos à saúde humana. Por este motivo, diversas tecnologias têm sido investigadas como alternativas para o aumento da eficiência do tratamento de cianobactéria e cianotoxinas, dentre elas a radiação ionizante. Deste modo, o presente estudo teve como objetivo avaliar a capacidade da aplicação da radiação ionizante, nomeadamente por feixe de elétrons e radiação gama, no extrato de Microcystis aeruginosa, com o intuito de determinar sua eficiência na degradação do carbono orgânico dissolvido e sua consequente resposta ecotoxicológica para a bactéria marinha Vibrio fischeri e Daphnia similis. Além disso, um novo ensaio de toxicidade para o anfípode Hyalella azteca foi desenvolvido como ferramenta complementar aos ensaios de toxicidade. O extrato aquoso da cianobactéria M. aeruginosa foi exposto à irradiação por feixe de elétrons e radiação gama nas doses entre 1 e 5 kGy. A radiação ionizante não alterou significativamente a concentração de carbono orgânico dissolvido das amostras nas doses de radiação testadas, mas foram observadas alterações nos valores de pH e absorbância pós tratamento, indicando possíveis modificações nos grupos funcionais nos extratos. Além disso, o meio utilizado (água ultrapura ou natural) exerceu influência fundamental na eficiência da radiação e respostas dos parâmetros físico-químicos analisados. Para a toxicidade aguda com V. fischeri, as concentrações de extrato e o meio também promoveram variações na toxicidade, indicando melhora na toxicidade da amostra à bactéria quando exposta à 500 mg·L-1 do extrato em água natural após a dose de 3 kGy. Para D. similis, os ensaios de toxicidade aguda pós tratamento por feixe de elétrons e radiação gama indicaram que todas as doses de radiação mostraram diferenças significativas em relação à amostra controle. Entretanto, um período de exposição de 21 dias demonstrou que, mesmo após o tratamento do extrato em baixas concentrações, a toxicidade persistiu quando os organismos foram expostos às concentrações máximas destas amostras. Por fim, o novo ensaio crônico para H. azteca pôde indicar efeitos no processo de muda e embriotoxicidade nas fêmeas expostas a diversos contaminantes, entre eles a cianotoxina microcistina-LR. Conclui-se que a radiação foi capaz de interagir com o extrato da cianobactéria M. aeruginosa e embora não provoque a mineralização da amostra, esta indicou possíveis alterações nas amostras, além de diminuir a toxicidade aguda para o cladócero D. similis. Desse modo, a presente tese se mostrou inovadora na integração do tratamento de cianobactérias, especificamente seu extrato, por duas técnicas de radiação ionizante e posterior determinação de toxicidade com diferentes organismos-teste. Além disso, o novo protocolo de toxicidade demonstrou-se uma alternativa promissora para a aplicação em ensaios voltados para a ecotoxicologia aquática.
Implementação de um protocolo de Radioterapia Guiada por Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico 4D
2025 - RIBEIRO, VICTOR A.B.
A Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico (CBCT) é utilizada como uma técnica de Radioterapia Guiada por Imagem (IGRT) amplamente utilizada para visualização tridimensional de tecidos moles. Porém, as imagens apresentam artefatos significativos devido ao movimento respiratório, dificultando a localização do tumor, a qual é bastante crítica para tratamentos que exigem maior acurácia, como a Radiocirurgia Estereotáxica Corpórea (SBRT). A Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico correlacionada pela respiração (CBCT-4D) provê informações sobre o movimento de órgãos ou tumores durante diferentes fases do ciclo respiratório, visando corrigir os artefatos de movimento presentes em imagens 3D estáticas e garante um melhor posicionamento do tumor exatamente antes da aplicação do tratamento. Este trabalho de doutorado propõe um exame detalhado da IGRT para alvos em movimento, com foco específico na técnica de CBCT-4D. O objetivo principal foi implementar a CBCT-4D e conhecer e reduzir incertezas para garantir a precisão necessária para o uso clínico em pacientes submetidos à radioterapia, especialmente à SBRT de pulmão. Foram realizados testes de controle da qualidade dos sistemas de formação de imagens de tomografia, analisando a acurácia geométrica, qualidade de imagem e dose de radiação. Um teste de ponta-a-ponta (end-to-end) analisou todo o processo de planejamento da SBRT, desde a simulação do tratamento através da CT-4D de aquisição helicoidal até a aplicação da dose guiada por imagens de CBCT-4D, a fim de analisar a acurácia geométrica e dosimétrica da entrega da dose para alvos em movimento. Foi desenvolvido um protocolo clínico sobre o uso das técnicas de IGRT disponíveis no ICESP e a avaliação de casos reais de pacientes submetidos à radiocirurgia. A tese demonstra a viabilidade e a importância da CBCT-4D na radioterapia para alvos móveis, a necessidade de um programa abrangente de controle da qualidade e a relevância de protocolos clínicos bem definidos para garantir a acurácia do tratamento e a segurança do paciente.
Síntese e caracterização do combustível nuclear avançado UO2 - grafeno
2025 - OLIVEIRA, RAFAELLA F. de
O desenvolvimento de combustíveis nucleares avançados, que buscam aumentar a condutividade térmica das pastilhas de dióxido de urânio (UO2), é um passo importante para aprimorar o desempenho e a segurança dos reatores nucleares. Nesse contexto, a presente pesquisa teve como objetivo investigar os efeitos do grafeno, um material de alta condutividade térmica, como aditivo nas pastilhas de UO2 Para tal, foram produzidas e sinterizadas pastilhas com 2% e 6% de grafeno, e suas propriedades foram analisadas em comparação com pastilhas de UO2 puro. A análise dilatométrica revelou que a adição de grafeno promoveu uma maior retração macroscópica e taxas de sinterização superiores. Além disso, a difusividade e a condutividade térmica das pastilhas com grafeno foram consistentemente mais altas que as da amostra pura, indicando uma melhora significativa na capacidade de transferência de calor. No entanto, a caracterização microestrutural apresentou resultados contraditórios. A análise de porosidade e tamanho de grão demonstrou que o grafeno alterou a microestrutura das pastilhas. A porosidade residual tornou-se mais irregular, com poros maiores e, em muitos casos, interconectados. Simultaneamente, o grafeno inibiu o crescimento de grão, resultando em uma redução progressiva do tamanho médio dos grãos com o aumento da sua concentração. Embora o grafeno contribua para a densificação macroscópica e otimize as propriedades térmicas, ele compromete a integridade microestrutural do material. A inibição do crescimento de grão e a formação de porosidade prejudicial podem ser atribuídas à ação de resíduos de carbono que atuam como agentes de "pinning" nos contornos de grão.
Modelagem neutrônica e termohidráulica de um Reator Modular rápido refrigerado à chumbo-bismuto eutético
2025 - GONCALVES, MATEUS M.
Esta dissertação propõe uma modelagem multifísica (neutrônica e termohidráulica) de um reator modular pequeno (SMR) rápido refrigerado à liga de chumbo-bismuto eutético (LBE), denominado SPARK-NC e descrito originalmente no artigo de Hashim et al., "SPARK-NC: A Lead-Bismuth-Cooled Small Modular Fast Reactor with Natural Circulation and Load Following Capabilities" (2020), que é citado extensivamente ao longo deste trabalho. Tal artigo oferece não só uma miríade de dados geométricos, materiais e parâmetros operacionais que descrevem o núcleo, como também uma série de parâmetros e curvas de desempenho que permitem uma comparação entre o modelo proposto e o modelo original. Com o intuito de validar o modelo multifísico proposto, o trabalho visou reproduzir resultados de referência para comparação com o artigo original, como a evolução temporal do fator de multiplicação efetivo (Ke f f) e a diferença de massa dos isótopos ²³U, ²³U e ²³Pu devidos à depleção no decurso do ciclo de vida do reator, e os perfis axiais de temperatura na vareta combustível mais quente do núcleo e de potência relativa do núcleo no início do ciclo de vida do reator. Os códigos utilizados para a modelagem foram o OpenMC, que utiliza o método Monte Carlo para a simulação do transporte de partículas neutras e o FiPy, um solver de equações diferenciais parciais que emprega o método de volumes finitos. Além da vantagem óbvia de serem gratuitos, ambos são invocados como bibliotecas no ambiente Python, o que permite uma integração sem sobressaltos entre os módulos neutrônicos e termohidráulicos, principalmente quanto ao intercâmbio de dados. Para o acoplamento multifísico, implementou-se um mapeamento em que a distribuição de temperatura de uma vareta combustível representativa, obtida com o FiPy através da solução de uma equação de condução-convecção tendo como entrada o perfil axial de densidade de potência na vareta e a velocidade média do LBE, é estendida às demais varetas combustíveis com base em fatores de escala calculados a partir da razão entre a potência das demais varetas e a potência da vareta representativa. Tanto o perfil axial de potência como os fatores de escala supramencionados são obtidos através da metodologia proposta pelo autor e julgada inédita, que emprega tallies descritos por expansões funcionais contínuas e existentes em funções built-in do OpenMC. A simulação para o cálculo dos resultados de referência foi realizada por estágios intercalados de ajuste termohidráulico e depleção, onde a distribuição de temperatura em estado estacionário é encontrada para uma dada configuração isotópica do núcleo em uma dada etapa de depleção, com as simulações cobrindo um total de 8.4 anos de operação, que é a faixa temporal de evolução do (Ke f f) no artigo original. Os resultados obtidos apresentaram um nível satisfatório de concordância com os dados de referência, não obstante as limitações relacionadas à ausência de informações completas sobre materiais, condições de contorno e diferenças entre os códigos utilizados, indicando que o modelo proposto é capaz de representar com razoável precisão o comportamento neutrônico e termohidráulico do núcleo do SPARK-NC.
Síntese, caracterização e citotoxicidade de nanopartículas de albumina conjugadas com melatonina via reticulação induzida por radiação
2024 - CRUZ, CASSIA P.C. da
Sistemas de entrega baseados em nanopartículas são eficientes para direcionar agentes terapêuticos como vacinas, hormônios, anti-inflamatórios, antibióticos, antitumorais e antivirais. Este trabalho enfoca a produção de nanopartículas de albumina por radiação ionizante, devido ao menor custo da albumina em relação a outras plataformas aplicadas com estes fins, à toxicidade reduzida e à alta biocompatibilidade ao carrear fármacos. O objetivo desta pesquisa foi estudar o comportamento das nanopartículas de albumina sob diferentes condições de irradiação, avaliando a influência desses parâmetros na formação das nanopartículas e seu potencial como nanocarreador, utilizando melatonina para avaliações antitumorais. As nanopartículas foram formadas por reticulação induzida por radiação gama (1-20 kGy) na presença de etanol, em tampão fosfato e Tris-HCl (0,5-10 mg.mL-1), resultando em nanopartículas estáveis e predominantemente esféricas. A reticulação foi avaliada por espectroscopia UV-Vis, de fluorescência e FTIR, o que indicou que a irradiação induz mudanças conformacionais significativas nas proteínas por meio da formação de ligações cruzadas de tirosina. A análise por espalhamento dinâmico de luz revelou que o tamanho hidrodinâmico das nanopartículas varia com a concentração de albumina e dose de radiação, apresentando maior agregação no tampão Tris-HCl. Nanopartículas armazenadas por até 180 dias mostraram aumento gradual de tamanho, especialmente em concentrações mais altas. Ensaios de citotoxicidade indicaram que as nanopartículas conjugadas com melatonina reduziram significativamente a viabilidade de células tumorais MCF-7, com efeitos potencializados pela melatonina irradiada. A combinação de nanopartículas e melatonina é promissora para sistemas de liberação controlada de fármacos, maximizando a eficácia terapêutica e minimizando efeitos adversos.
Implementação de técnicas de correção de erros em FPGA para digitalizadores de HPGe com time interleaving
2024 - SANTOS, PAULO A. dos
A técnica de conversores analógico-digitais intercalados no tempo (TIADC) foi utilizada para dobrar a taxa de amostragem de 50 MSa/s (mega samples per second) para 100 MSa/s, empregando dois ADCs modelo AD9226 em conjunto com um FPGA Zynq-7010 para controle e processamento dos dados adquiridos. Focando em aplicações em digitalizadores para detectores de germânio hiperpuro (HPGe), que exigem alta resolução temporal e exatidão na aquisição de sinais para análises espectroscópicas, foram realizados testes variando a frequência do sinal de entrada entre 1 kHz e 50 MHz. Análises estatísticas, como o coeficiente de correlação de Pearson, o Erro Quadrático Médio (MSE) e a Raiz do Erro Quadrático Médio (RMSE), confirmaram a eficácia do TIADC em melhorar a resolução temporal dos dados adquiridos. Entretanto, a implementação do TIADC revelou a introdução de pulsos indesejados (spikes) nos sinais processados, decorrentes de erros de offset e ganho entre os canais dos ADCs, o que pode comprometer a integridade dos dados em aplicações com detectores HPGe. Para mitigar esses problemas, foi implementado um método de correção diretamente no hardware do FPGA, consistindo na calibração e compensação dos erros de offset e ganho, alinhando os canais e atenuando os pulsos indesejados sem necessidade de manipulações no software do processador ARM. Testes comparativos entre os sinais corrigidos e não corrigidos demonstraram a eficácia do método, com redução significativa das distorções e melhoria na qualidade dos dados. A implementação desse método de correção diretamente no FPGA permite aumentar a taxa de amostragem efetiva dos ADCs, melhorar a resolução temporal e garantir a integridade dos sinais adquiridos, atendendo às exigências de precisão em aplicações científicas e industriais que utilizam detectores HPGe.
Metodologia específica para análise da influência dos componentes geométricos das lâminas de colimadores multilâminas na entrega da dose
2025 - OLIVEIRA, CAMILA T. de
O Colimador multilâminas (MLC) Agility apresenta algumas características específicas de usinagem. Essas características exclusivas, além das pequenas diferenças no momento da instalação entre os diversos aceleradores lineares, produzem efeitos dosimétricos que o Sitema de Planejamento do Tratamento (TPS) Mônaco não considera em seu cálculo. Para isso, existem recomendações por parte do fabricante para que o cliente execute ajustes de pós-modelagem, para caracterizar melhor o MLC de acordo com as configurações reais do acelerador linear usado na clínica. Visto que, na literatura existem evidências de que, em técnicas moduladas por MLC dinâmico, erros na posição geométrica do MLC de apenas 1 mm podem resultar em erros de 10 % ou mais na entrega da dose, é de grande importância estudar o comportamento dos fatores geométricos das lâminas através dos conceitos aplicados na metrologia das radiações. No entanto, apesar de o Mônaco ser amplamente utilizado clinicamente existe ainda, pouca literatura com riqueza de informações, dificultando o trabalho do físico médico. Sendo assim, os objetivos desse estudo foram analisar os componentes geométricos do MLC Agility e trazer uma metodologia eficiente de pós-modelagem ou ajustes finos destes componentes para que, com os ajustes a dose calculada no TPS esteja tão próximo quanto possível da dose entregue pelo acelerador linear. Os resultados mostraram que com a pós modelagem, as doses calculadas para os testes ExpressQA, bem como testes do TG-119, alem de casos pacientes específicos estiveram mais próximas das doses entregues pelo acelerador linear em todas as situações, com melhorias nas taxas de aprovação gama acima de 10 %. Estes resultados possibilitam maior eficiencia na entrega da dose, com consequente aumento no controle tumoral e redução na toxicidade ao paciente.
Synthesis of gold nanoparticles via femtosecond laser ablation for applications in nanobrachytherapy
2025 - MACHADO, NOE G.P.
Cancer remains a critical global health issue, standing as the second leading cause of death worldwide. Traditional brachytherapy, which involves the implantation of radioactive sources, offers an effective but invasive treatment method. In response to its drawbacks, nanobrachytherapy has emerged as an innovative approach, utilizing nanoparticles to deliver radiation precisely and less invasively. Gold nanoparticles are particularly suitable for this purpose due to their short half-life and favorable physical properties. This study explores the production of chemically pure gold nanoparticles, specifically coated with gum arabic (AuNP@GA), polyethylene glycol (AuNP@PEG), and silica (AuNP@SiO2) using femtosecond laser synthesis. This method involves only water, a solid gold target, and a stabilizing agent, avoiding any chemical reagents, making it a pioneering approach in the field of nanobrachytherapy. The research achieved the synthesis and nuclear activation of these nanoparticles in the IPEN IEA-R1 reactor. Among the variants, the silica-coated gold nanoparticles (AuNP@SiO2) demonstrated superior stability following nuclear activation. The resultant AuNP@SiO2 colloidal suspension was exceptionally stable, evidenced by a Zeta Potential of -72.0 mV. Transmission electron microscopy (TEM) confirmed the production of nanoparticles with an average size of 16 nm. These findings highlight the potential of AuNP@SiO2 for use in nanobrachytherapy, offering a novel nanomaterial and highly stable for application in cancer treatment. This breakthrough sets a new possibility for producing nanoparticles in a sustainable manner and with high purity, aligning technological innovation with the crucial need for new nanomaterials for cancer treatment.
Simulação de um sistema híbrido de imageamento com nêutrons e análise por ativação neutrônica com gamas prontos no reator IEA-R1
2025 - SILVA, CARLOS G.S. da
A análise por ativação neutrônica com gamas prontos (PGNAA) é uma técnica eficiente para a detecção de elementos que não podem ser detectados pela análise por ativação neutrônica convencional. Devido às necessidades para a instalação, como o fluxo ser majoritariamente térmico e fatores como a colimação do feixe e a necessidade de blindagens para o detector e para a segurança da instalação, o Brasil não possui um arranjo de PGNAA. Esses entraves tornam os custos de instalação elevados, exigindo um alto empenho,como solução para diminuir os custos de instalação é possível utilizar e adaptar um arranjo de tomografia com nêutrons (NT) para um sistema híbrido chamado PGAI-NT, consoante a literatura. O reator IEA-R1, localizado no IPEN/USP, conta com um sistema de NT para o estudo de diferentes amostras com materiais leves. Tal sistema está instalado no beam hole 14 (BH14) e conta com um fluxo ideal para PGNAA (majoritariamente térmico e com intensidade comumente empregada em PGNAA). Todavia, um estudo sobre as adaptações necessárias e impacto delas é imprescindível para o bom funcionamento e planejamento do sistema. O presente trabalho calculou o fluxo no BH14 na posição da amostra experimentalmente e utilizando o software Monte Carlo N-Particle (MCNP6) foram feitos cálculos dos fluxo sem diferentes regiões com diferentes adaptações para PGNAA no sistema de NT. Além dos cálculos dos fluxos, foram feitas previsões da dose ambiente, utilizando MCNP6,em diferentes adaptações com base em medidas experimentais utilizando detectores para nêutrons e raios gama. Estas análises possibilitaram a escolha da melhor adaptação para instalação do sistema de PGNAA na NT do reator IEA-R1.
Uso de resinas radiocuráveis para impregnação e consolidação de artefatos de madeira de valor cultural
2024 - PEREIRA, MARIA A. de M.G.
No processo de restauração e conservação do patrimônio cultural encontra-se uma ampla variedade de revestimentos a base de resinas e adesivos, abrangendo produtos naturais a diversas categorias de polímeros sintéticos. Desde o início da conservação moderna, no início do século passado, os polímeros tem sido amplamente utilizados. Um dos instrumentos de preservação dos bens culturais é a restauração, cuja intervenção tem por objetivo garantir, de forma duradoura, um resultado da atividade humana. O objetivo foi o estudo das resinas poliméricas curadas por radiação gama e seu comportamento físico-químico, para impregnação em amostras de três diferentes espécies de madeira: cedro Cedrela spp., P. Browne; canafístula Peltophorum dubium (Spreng.) Taub.; e pau-marfim Balfourodendron riedelianum (Engl.) Engl. A radiação gama tem sido aplicada no tratamento de objetos do patrimônio cultural, tais como livros raros, imagens sacras ou museológicas, pinturas sobre tela, entre outros, para a desinfestação de insetos, desinfecção de microrganismos patógenos, como fungos e bactérias, que podem acometer o patrimônio cultural, e na obtenção de novos materiais para consolidação/restauro. As resinas de poliéster LP 8847®, metilmetacrilato (MMA) e estireno, foram expostas à radiação gama, com dose de 50 kGy e taxa de dose de 1 kGy.h-1. Outros polímeros foram também testados, o polivinilpirrolidona (PVP), poliálcool vinílico (PVAl), polietilenoglicol (PEG) 1.500, estireno e estireno com metil metacrilato, mas não apresentaram reticulação total da formulação, apenas formação de colóides. As madeiras foram impregnadas com a resina poliéster LP 8847® 33% com 67% de estireno. Os resultados apresentados indicam viabilidade de cura por radiação gama, dispensando o uso de catalisadores químicos. Além disso, apresentou viabilidade da impregnação em madeira, indicando uma alternativa para a consolidação de bens do patrimônio cultural, atacado por insetos xilófagos.
Desenvolvimento de Metodologia de Verificação e Validação de simulação computacional de desempenho mecânico de componente de Elemento Combustível
2025 - LIMA, LEONARDO de S.
Componentes de reatores nucleares são submetidos a condições extremas de operação. Assim, para comprovar sua integridade, normas regulatórias exigem uma análise de segurança rigorosa desde a fase de projeto até o descomissionamento. Como testes experimentais são complexos, têm alto custo financeiro e longo tempo de execução, a simulação computacional aparece como importante ferramenta na análise de segurança para a comprovação do atendimento aos requisitos de Licenciamento. Nesse sentido, o Método dos Elementos Finitos (MEF) permite simular cenários complexos discretizando o problema em elementos menores. A confiabilidade e a precisão dos resultados dessas simulações são asseguradas por meio da aplicação de uma Metodologia de Verificação e Validação (V&V). No presente estudo, a investigação da deformação e da carga crítica de flambagem de Varetas de Combustível (VC) submetidas a cargas de compressão axial foi utilizada para o desenvolvimento de uma Metodologia de V&V de simulação computacional utilizando o MEF visando a aplicação em processos de Licenciamento Nuclear. Para tal, resultados de Experimentos de Validação realizados utilizando uma máquina de ensaios mecânicos universal Instron foram comparados com resultados obtidos por meio de simulações realizadas com o código Ansys. A metodologia incluiu também a Quantificação de Incertezas por meio do Método de Monte Carlo (MMC) e a Validação dos resultados pela Métrica de Área, considerando a discrepância entre dados experimentais e simulados. Os resultados obtidos apresentaram concordância entre os dados experimentais e os simulados com diferenças inferiores a 10%, para os dois parâmetros avaliados (deformação e carga crítica de flambagem), demonstrando que a Metodologia de V&V proposta assegura a confiabilidade das simulações, e que estas representam uma ferramenta importante na análise estrutural de componentes de Elementos Combustível (EC) para fins de Licenciamento.
Desenvolvimento de um robô brasileiro de inspeção nuclear para reatores de pesquisas do tipo piscina IEA-R1
2025 - CIONGOLI, GIOVANA
O uso de veículos subaquáticos operados remotamente (em inglês, Remoted Operated Vehicle - ROV) na indústria está se tornando tão amplo quanto a sua utilização no ambiente marinho, principalmente devido ao aumento da necessidade de monitoramentos e inspeções em ambientes insalubres, como as usinas nucleares. Há atualmente no mundo 220 reatores de pesquisas, sendo o IEA-R1 o primeiro reator nuclear de pesquisa brasileiro. O presente trabalho tem como objetivo apresentar um novo ponto de vista no que se refere a inspeções visuais subaquáticas nos reatores de pesquisas do tipo piscina e para isso, foi desenvolvido um protótipo de ROV denominado ROBIN. Além de parâmetros de funcionamento dos componentes instalados no ROBIN, foram coletadas doses de radiação gama em 14 pontos da piscina para identificação dos níveis em que os componentes começam a apresentar falhas de funcionamento. Os objetivos propostos neste trabalho foram alcançados, com resultados satisfatórios e uma demonstração real de inspeção visual subaquática. O desenvolvimento do ROBIN para inspeção de reatores de pesquisas do tipo piscina, como o reator IEA-R1, foi devidamente concluído.

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