Monte Carlo and analytical calculation of lateral deflection of proton beams in homogeneous targets

Proton radiation therapy is a precise form of radiation therapy, but the avoidance of damage to critical normal tissues and the prevention of geographical tumor misses require accurate knowledge of the dose delivered to the patient and the verification of his position demand a precise imaging technique. In proton therapy facilities, the X-ray Computed Tomography (xCT) is the preferred technique for the planning treatment of patients. This situation has been changing nowadays with the development of proton accelerators for health care and the increase in the number of treated patients. In fact, protons could be more efficient than xCT for this task. One essential difficulty in pCT image reconstruction systems came from the scattering of the protons inside the target due to the numerous small-angle deflections by nuclear Coulomb fields. The purpose of this study is the comparison of an analytical formulation for the determination of beam lateral deflection, based on Molière's theory and Rutherford scattering with Monte Carlo calculations by SRIM 2008 and MCNPX codes. © 2010 American Institute of Physics.

Comparison of the GEANT4 releases 8.2 and 9.2 in terms of a pCT reduced calibration curve

The GEANT4 simulations are essential for the development of medical tomography with proton beams pCT. In the case of thin absorbers the latest releases of GEANT4 generate very similar final spectra which agree well with the results of other popular Monte Carlo codes like TRIM/SRIM, or MCNPX. For thick absorbers, however, the disagreements became evident. In a part, these disagreements are due to the known contradictions in the NIST PSTAR and SRIM reference data. Therefore, it is interesting to compare the GEANT4 results with each other, with experiment, and with diverse code results in a reduced form, which is free from this kind of doubts. In this work such comparison is done within the Reduced Calibration Curve concept elaborated for the proton beam tomography. © 2010 IEEE.

The Mode of Action of Recombinant Mycobacterium tuberculosis Shikimate Kinase: Kinetics and Thermodynamics Analyses

Tuberculosis remains as one of the main cause of mortality worldwide due to a single infectious agent, Mycobacterium tuberculosis. The aroK-encoded M. tuberculosis Shikimate Kinase (MtSK), shown to be essential for survival of bacilli, catalyzes the phosphoryl transfer from ATP to the carbon-3 hydroxyl group of shikimate (SKH), yielding shikimate-3-phosphate and ADP. Here we present purification to homogeneity, and oligomeric state determination of recombinant MtSK. Biochemical and biophysical data suggest that the chemical reaction catalyzed by monomeric MtSK follows a rapid-equilibrium random order of substrate binding, and ordered product release. Isothermal titration calorimetry (ITC) for binding of ligands to MtSK provided thermodynamic signatures of non-covalent interactions to each process. A comparison of steady-state kinetics parameters and equilibrium dissociation constant value determined by ITC showed that ATP binding does not increase the affinity of MtSK for SKH. We suggest that MtSK would more appropriately be described as an aroL-encoded type II shikimate kinase. Our manuscript also gives thermodynamic description of SKH binding to MtSK and data for the number of protons exchanged during this bimolecular interaction. The negative value for the change in constant pressure heat capacity (ΔCp) and molecular homology model building suggest a pronounced contribution of desolvation of non-polar groups upon binary complex formation. Thermodynamic parameters were deconvoluted into hydrophobic and vibrational contributions upon MtSK:SKH binary complex formation. Data for the number of protons exchanged during this bimolecular interaction are interpreted in light of a structural model to try to propose the likely amino acid side chains that are the proton donors to bulk solvent following MtSK:SKH complex formation. © 2013 Rosado et al.

Studies of nucleon resonance structure in exclusive meson electroproduction

Studies of the structure of excited baryons are key factors to the N* program at Jefferson Lab (JLab). Within the first year of data taking with the Hall B CLAS12 detector following the 12 GeV upgrade, a dedicated experiment will aim to extract the N* electrocouplings at high photon virtualities Q 2. This experiment will allow exploration of the structure of N* resonances at the highest photon virtualities ever achieved, with a kinematic reach up to Q2 = 12 GeV2. This high-Q 2 reach will make it possible to probe the excited nucleon structures at distance scales ranging from where effective degrees of freedom, such as constituent quarks, are dominant through the transition to where nearly massless bare-quark degrees of freedom are relevant. In this document, we present a detailed description of the physics that can be addressed through N* structure studies in exclusive meson electroproduction. The discussion includes recent advances in reaction theory for extracting N* electrocouplings from meson electroproduction off protons, along with Quantum Chromodynamics (QCD)-based approaches to the theoretical interpretation of these fundamental quantities. This program will afford access to the dynamics of the nonperturbative strong interaction responsible for resonance formation, and will be crucial in understanding the nature of confinement and dynamical chiral symmetry breaking in baryons, and how excited nucleons emerge from QCD. © 2013 World Scientific Publishing Company.

Influence of the indium concentration on microstructural and electrical properties of proton conducting NiO-BaCe0.9-xIn xY0.1O3-δ cermet anodes for IT-SOFC application

Optimization of the major properties of anodes based on proton conductors, such as microstructure, conductivity and chemical stability, is yet to be achieved. In this study we investigated the influence of indium on the chemical stability, microstructural and electrical characteristics of proton conducting NiO-BaCe0.9-xInxY0.1O 3-δ (NiO-BCIYx) anodes. Four compositions of cermet anode substrates NiO-BCIYx were prepared using the method of evaporation and decomposition of solutions and suspensions (EDSS). Sintered anode substrates were reduced and their microstructural and electrical properties were examined before and after reduction as a function of the amount of indium. Anode substrates tested on chemical stability in the CO2 atmosphere showed high stability compared to anode substrates based on commonly used doped barium cerates. Microstructural properties of the anode pellets before and after testing in CO2 were investigated using X-ray diffraction analysis. Impedance spectroscopy measurements were used for evaluation of electrical properties of the anode pellets and the conductivity values of reduced anodes of more than 14 S cm-1 at 600 °C confirmed percolations through Ni particles. Under fuel cell operating conditions, the cell with a Ni-BCIY20 anode achieved the highest performance, demonstrating a peak power density 223 mW/cm2 at 700 °C confirming the functionality of Ni-BCIY anodes.© 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Determinação do grau de ionização de aminoácidos polares carregados

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Caracterização da interação de inositol hexafosfato e cloreto com hemoglobina humana: aspectos energéticos e estruturais

Pós-graduação em Biofísica Molecular - IBILCE

Estudo teórico da relação entre número de CT de raios-X e Stopping Power de prótons

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Férmions em referenciais acelerados: desintegração de prótons e outras aplicações

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Desenvolvimento de um magnetometro a precessão nuclear

O objetivo desta tese foi desenvolver um magnetômetro à precessão nuclear para prospecção geofísica e estações-base magnéticas. O magnetômetro à precessão nuclear mede a intensidade total do campo magnético. Seu funcionamento é baseado na ressonância magnética nuclear. A medida de campo é feita pela de terminação da freqüência de precessão de núcleos de hidrogênio – prótons - de líquidos não viscosos no campo magnético terrestre. O magnetômetro é constituído de duas partes: o sensor e o instrumento de medida. O sensor é uma bobina solenoidal, cujo núcleo é preenchido com o líquido. Três líquidos diferentes foram testados; água, propanol e um querosene sintético. Optou-se pelo uso do querosene porque oferece maior amplitude no sinal de precessão, dando, conseqüentemente, maior relação sinal/ ruído. O sistema de medida contém os circuitos de sintonia e amplificação do sinal e, os circuitos lógicos para a programação da operação e contagem da freqüência de precessão. Cada ciclo de medida tem duração de 3 segundos, sendo 2,3s para a polarização e 0,7s para a recepção do sinal. São possíveis dois modos de operação: manual, reciclando automaticamente e por controle remoto. O sinal de precessão é amplificado seletivamente em uma das 14 faixas de sintonia, que cobrem medidas entre 22000 e 95000 gammas. A freqüência de precessão é multiplicada por um fator de 64 e contada durante um tempo igual a 0,36699s, determinado com base na razão giromagnética do próton. O número de pulsos contados é numericamente igual ao valor do campo magnético em gammas. A resposta pode ser lida em mostradores digitais ou na saída BCD paralela quando operando por controle remoto. A precisão da medida é de 1 gamma. O instrumento foi testado no campo para avaliar a relação sinal/ruído, gradiente suportável e consumo de potência. Nos testes de aplicação do protótipo, foram obtidos dados de variação diurna e realizaram-se levantamentos magnético de reconhecimento e detalhe em um sítio arqueológico na Ilha de Marajó, Pará. As respostas dos testes foram comparados com dois magnetômetros comerciais - o GP-70, McPhar e o G-816, Geometrics e, ainda, com dados do Observatório Magnético de Tatuoca-Pa. Em todos os casos, a comparação dos dados mostrou bom desempenho do magnetômetro em teste.

Síntese e caracterização de materiais híbridos (PCHs e Organoargilas) com aplicabilidade na adsorção de fenol, benzeno e tolueno

Este estudo avalia o uso de argila do Estado do Acre de natureza esmectítica (argila original) como precursora na síntese de PCHs (Porous Clay Heterostructure) e na organofuncionalização com mercaptopropiltrimetoxisilano (MPTS-Arg) e aplicabilidade desses materiais como adsorventes de fenol, benzeno e tolueno em fase líquida. A síntese de PCHs envolve as seguintes etapas: preparação de organoargila com hexadeciltrimetilamônio (HDTMA-Argila); aumento do espaçamento basal (d₀₀₁) da organoargila usando o cosurfactante octilamina e adição concomitante de uma fonte de Si, como o tetraetilortosilicato (TEOS); lavagens com etanol em HCl, secagem a 60 o C (PCH-60 A e B); calcinação a 500 o C e 700 º C (PCH 500 A/B e PCH 700), com a remoção do surfatante/co-surfactante e consequente substituição destas substâncias orgânicas por prótons que permanecem nas paredes das galerias de pilares de SiO₂ até novo tratamento porventura realizado no PCH. O material MPTS-Arg foi obtido a partir da intercalação de mercaptopropiltrimetoxisilano na argila original sob agitação durante 1 h (Arg-MPTS 1) e na argila original previamente tratada com HCl 1 mol L^-1 e sob agitação durante 2 h (Arg-MPOS 2). Os materiais (argila original, HDTMA-Argila, PCH-60, PCH-500/700 e MPTS-Arg) foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura acoplado a espectroscopia de raios X por dispersão de energia (MEV/ EDS), espectroscopia de absorção molecular IV com transformada de Fourier (FTIR), técnicas de análises térmicas (DTA_TG) e análises texturais, como as medidas de área superficial específica (ASEBET, ASE_Langmuir), volume total de poros (VTP) e diâmetro médio de poros (DMP). Caracterização complementar por ressonância nuclear magnética no estado sólido acoplada a espectrometria de massa (RMN-M AS) foi realizada para o PCH-500 A. Nos experimentos de adsorção de fenol, benzeno e tolueno foram utilizadas suspensões aquosas dos adsorventes contendo separadamente os adsorvatos. As concentrações de equilíbrio de fenol, tolueno e benzeno foram medidas por espectroscopia de absorção molecular na região ultravioleta, conforme método aceito e aplicado em outros estudos de adsorção. Foram obtidos os seguintes resultados: identificação do argilomineral esmectita na argila natural com espaçamento basal de 1,25nm; intercalação do HDTMA e do MPTS com expansão do d(001) para 1,95nm (HDTMA-Arg 5) e 2,1nm (MPTS-Argila 1h). Após a modificação observou-se através da análise de EDS um decréscimo das concentrações dos elementos Na, Si e Al (%) nas posições interlamelares e aumento na concentração de C. O espectro ²⁹Si MAS NMR do PCH-500 A apresentou sinais químicos dos centro Q₃ Si(OSi)₃OH e Q₄ Si(OSi)₄ que indicam a formação de sílica em sua estrutura. Os PCHs (60 e 500 A) foram classificados como mesoporosos, apresentando ASE_BET entre 417 a 446 m² g^-1 e volume total de poros (cm³ g^-1) = 0,367 - 0,369. O aumento da temperatura de calcinação do PCH 500 para 700 o C (PCH 700) propiciou decréscimos em SBET (305 m² g^-1) e diâmetro médio de poros (0.976 nm). Foi verificado a partir da avaliação das medidas dos diâmetro de poros em PCH 700 que 46% das medidas correspondem a microporos. No estudo do equilíbrio de adsorção foram obtidos os valores de K_L (L mg^-1), K_F (L mg^-1) e q_Max (mg g^-1) nos seguintes processos: (i) adsorção de fenol (1.40; 2.26 e 3.80) e tolueno (145, 7.18 e 135) em PCH-500 A; (ii) adsorção de benzeno (0.33, 41.49 e 69.81) em PCH 500 B; (iii) na adsorção de tolueno em argila-MPOS 1 (1.06, 118.9 e 146) e argila-MPOS 2 (2.1, 92 e 97); (iv) na adsorção de fenol (0.07, 0.48 e 4.44) e benzeno (0.11, 4.95 e 35.8) em HDTA-Arg 5, respectivamente. Os dados obtidos sobre a caracterização dos materiais indicaram que a formação dos PCHs propiciou grande aumento nas concentrações de Si e decréscimo nas concentrações de Al, Fe e outros elementos, devido à delaminação- exfoliação da esmectita original. Foi verificado que os materiais são mais adequados para adsorção de tolueno e benzeno do que fenol.

Estudo da interação de prótons com alvos não homogêneos, aplicados a tomografia com feixes de prótons

Pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada - IBB

Study of double parton scattering using W+2-jet events in proton-proton collisions at root s=7 TeV

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Probing new physics in diphoton production with proton tagging at the Large Hadron Collider

The sensitivities to anomalous quartic photon couplings at the Large Hadron Collider are estimated using diphoton production via photon fusion. The tagging of the protons proves to be a very powerful tool to suppress the background and unprecedented sensitivities down to 7 x 10(-15) GeV-4 are obtained, providing a new window on extra dimensions and strongly interacting composite states in the multi-TeV range. Generic contributions to quartic photon couplings from charged and neutral particles with arbitrary spin are also presented.

Síntese, caracterização e avaliação da citotoxicidade de complexos de Pd(II) contendo ligantes fosfínicos de N,S - quelantes

Pós-graduação em Química - IQ