Abstract: O processamento da cana-de-açúcar é um dos modelos mais sustentáveis de biorrefinaria. No entanto, ainda encontra lacunas como o uso de óleo diesel na etapas de colheita e transporte da matéria-prima e biodeterioração da cana-de-açúcar. A aplicação da digestão anaeróbia (DA) para a produção de biometano surge como alternativa para esses problemas. O processo de DA pode ser facilitado através de pré-tratamentos, como o uso do da técnologia do feixe de elétrons (FE). Assim, o objetivo do trabalho foi avaliar a produção de biogás e o potencial energético do processo, utilizando caldo de cana-de-açúcar "in natura" e deteriorado como substrato e o FE como pré-tratamento em ensaio de potencial bioquímico de metano (PBM). Para isso primeiramente os caldos foram extraídos de canas-de-açúcar frescas (CN) e deterioradas (CD), em seguida a extração foram submetidos aos tratamentos com FE em dose de 10 kGy (CN10, CD10) e 20 kGy (CN20, CD20) para serem utilizados como substratos com carga orgânica de 30 gDQO/L. Os ensaios de DA foram realizados em triplicatas. Os reatores (500mL) foram inoculados com lodo granular mesofílico (34,0±0,3 gSV/kg), passivados com N2, vedados e mantidos a 38±2ºC, agitação controlada (60 RPM) em um período de 840h. Foi realizada a caracterização dos caldos antes depois do pré-tratamento. Também foram avaliados parâmetros de produção e composição de biogás do processo de DA. Além do potencial energético da DA e um estudo de caso para usina (processa dois milhões de Ton/safra) com o novo modelo de modelo de processo proposto, onde 10% de sua produção seria destinada para a produção de biogás e consequentemente na substituição do óleo diesel pelo biometano. Como resultado da deterioração a concentração de açúcares (CN: 24,77±0,277 g.L-1; CD: 15,707±0,004 g.L-1) e pH (CN: 5,48; CD: 3,13) diminuíram ao contrário que a concentração de ácidos orgânicos lático (ALat) (CN: 0; CD:1,23±0,127 mg.L-1) e acético (AAce) (CN: 1,69±8.10-4 mg.L-1; CD: 10,62± 1,2.10-4 mg.L-1) aumentou. Em resposta ao pré-tratamento com o FE, a concentração dos açúcares (CN10: 24,44±1,27 g.L-1; CN20: 25,71±0,10 g.L-1, CD10: 14,91 ±0,318 g.L-1 e CD20: 15,09±0,034 g.L-1) pH (CN10: 5,41; CN20: 5,40; CD10: 3,12 e CD20: 3,12) permaneceram sem diferença significativa. No entanto, com relação ao ALat não houve alteração nos caldos "in natura", porém para os caldos deteriorados a medida que se aumentava a dose, a concentração do metabolito também aumentava (CD10: 2,96±0,003 mg.L-1; CD20: 3,40±0,005 mg.L-1). Com relação a concentração do AAcet, os caldos "in natura" quando esses foram irradiados houve o aumento, no entanto não significativo entre as doses (CN10: 1,76±8,4.10-5 mg.L-1 CN20: 1,83±8,3.10-6 mg.L-1). No caldo deteriorado temos o aumento da sua concentração à medida que se aumenta a dose de irradiação. (CD10: 10,40±9,0.10-3 mg.L-1; CD20: 10,82±0,0035 mg.L-1). Com relação a produção de biogás os caldos deteriorados (CD: 927,78±10,67; CD10: 986,96±58,34 e CD20: 937,40±85,76 NmL Biogás) obtiveram melhores resultados em comparação ao que se encontravam em estado "in natura" (CN: 896,10±38,09; CN10:833,12±30,07 e CN20: 798,18±73,72 NmL de Biogás). O mesmo resultado encontramos no rendimento de metano (CN: 201,97±0,012 CH4.gDQO-1; CN10: 201,97±0,053 NmLCH4.gDQO-1; CN20: 200,09±0,0026 NmLCH4.gDQO-1; CD:252,96±16,36 NmLCH4.gDQO-1, CD10:252,08±8,89 NmLCH4.gDQO-1 e CD20:258,79±29,11 NmLCH4.gDQO-1). O maior potencial energético da digestão anaeróbia também foi conseguido com os caldos deteriorados (CD: 1580,05±89,51 MJ.Ton-1; CD10: 1526,39±43,70 MJ.Ton-1 e CD20: 1516,60±4,44 MJ.Ton-1 ) ao ser comparado com os caldos "in natura" CN: 947,94± 38,01; CN10: 865,37±10,49 e CN20: 800,72±34,35 MJ Ton-1). Como resultados do estudo de caso, o uso do caldo "in natura" substituiria cerca de 65% de todo o óleo diesel usado na frota e maquinário da usina. Já o deteriorado conseguiria suprir toda a dependência do combustível fóssil, além de ter um excedente de energia de 9%. Com isso conclui-se que o processo de DA pode ser alternativa a fim de tornar o processamento da cana-de-açúcar mais sustentável e econômico. O FE pode ser uma tecnologia usada para a liberação de ácidos orgânicos nas moléculas de carboidratos, no entanto não houve diferença significativa no processo de DA.

Palavras-Chave: mathematical models; comparative evaluations; methane; production; nature reserves; sugar cane; beverages; electron beams

FARIA, TAMIRES M. Produção de biogás a partir do caldo de cana-de-açúcar "in natura" e deteriorado utilizando como pré-tratamento o feixe de elétrons. Orientador: Valter Arthur. 2022. 58 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2022.tde-19102022-163530. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/33598. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Desde 1950, cada vez mais estão sendo desenvolvidos meios navais que utilizam a propulsão e geração de energia por meio de um reator nuclear. Frutos de grandes vantagens em virtude da potencia e segurança, não emitem gases do efeito estufa e também o seu custo de operação não oscila de acordo com o preço do barril de petróleo. No setor de Defesa, esses meios se tornam armas muito poderosas, com grandes capacidades bélicas e vantagens táticas, frutos da ampla possibilidade de geração de energia. Para fins pacíficos, como no caso deste estudo, reatores nucleares possibilitam que navios poluam menos, pois não irão consumir combustíveis fósseis, auxiliando na redução do efeito estufa. Esse trabalho teve como objetivo desenvolver um plano preliminar de monitoramento radiológico em uma usina nuclear móvel. Dessa forma, foi utilizada uma usina hipotética e foram realizados cálculos de blindagem sem a utilização de métodos computacionais, sugestões de controles de engenharia, e verificou-se que os resultados obtidos cumprem as normas nacionais e internacionais sobre a proteção radiológica da tripulação deste tipo de usina.

Palavras-Chave: mobile reactors; ship propulsion reactors; nuclear facilities; shielding; dosimetry; radiation doses; radiation protection

ORTIZ, ROBERTO G. Plano preliminar de monitoramento radiológico em uma usina nuclear móvel. Orientador: Linda Viola Ehlin Caldas. Coorientador: Delvonei Alves de Andrade. 2022. 101 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2022.tde-29042022-150458. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/33122. Acesso em: $DATA.

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Abstract: A indústria têxtil demanda de grande volume de água e diversos insumos químicos em seus processos, sobretudo de beneficiamento secundário, gerando efluentes com elevados índices absorciométricos, altas cargas de contaminantes e potencialmente tóxicos. O Planejamento Experimental surge como ação mitigadora para o uso racional da água na etapa de tingimento. Os processos de Oxidação Avançada se destacam dentre os métodos de tratamento para a degradação do corante e de contaminantes presentes no efluente. Neste contexto, a tecnologia de radiação ionizante por feixe de elétrons, pode ser vista como a próxima geração de técnicas de tratamento sem adições químicas e formação de resíduos e, portanto, o objetivo deste trabalho foi estudar o efeito e a eficácia da radiação ionizante por feixe de elétrons em efluente oriundo de tingimento otimizado de algodão com o corante Reactive Blue 21 - RB 21. Para o planejamento e otimização de um processo de tingimento com um maior valor de Intensidade Colorística (K S-1) foi empregado a Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) e os dados foram submetidos à Análise de Variância (ANOVA). O efluente foi submetido à tratamento de irradiação em acelerador de elétrons, com variação de dose entre 2,5 e 15 kGy. As análises ecotoxicológicas para efeito agudo foram realizadas com o microcrustáceo Daphnia similis e com a bactéria marinha Vibrio fischeri. A prática de reúso do efluente tratado foi determinada pela análise da concentração de Cloreto de Sódio do efluente e de ensaios de solidez da cor dos tecidos. O efluente sem tratamento apresentou toxicidade para ambos os organismos-teste, com valores de CE 50 de 5,28% para Daphnia similis e de 0,43% para Vibrio fischeri. O tratamento de irradiação por feixe de elétrons reduziu em mais de 60% a cor e a toxicidade do efluente, na dose de 7,5 kGy. Em relação à prática de reúso do efluente tratado, a diferença de cor (ΔE), o K S-1 e os ensaios de solidez da cor não apresentaram diferenças significativas em comparação ao tingimento realizado com água de abastecimento. A otimização do processo de tingimento propiciou um melhor esgotamento do banho e, consequentemente, um efluente com menor carga orgânica. O tratamento com irradiação por feixe de elétrons apresentou eficácia para a redução da cor e de contaminantes do efluente. Além disso, se mostrou viável para a prática do reúso em um novo tingimento com o corante RB 21, proporcionando economia de água e de eletrólito ao processo.

Palavras-Chave: cotton; textile industry; chemical effluents; liquid wastes; waste processing; optimization; mathematical models; color; dyes; chemical properties; acute exposure; toxicity; synchrotron radiation sources

MELO, CAMILA G. Otimização do tingimento de algodão com o corante Reactive Blue 21 e tratamento do respectivo efluente têxtil com acelerador de elétrons para a redução da cor e dos efeitos tóxicos agudos. Orientador: Maria da Conceição Costa Pereira. 2022. 134 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2022.tde-18082022-122403. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/33269. Acesso em: $DATA.

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Abstract: O ramo da nanotecnologia tem sido o foco de desenvolvimento em diversas áreas, tendo como finalidade melhorar as propriedades de materiais. Aplicações para materiais na escala nanométrica têm sido buscadas pelas indústrias de microeletrônica, revestimentos de ferramentas, aplicações biomédicas e na indústria aeronáutica, entre outras. Alumina anódica nanoporosa (AAN) tem atraído muito interesse devido ao arranjo regular de nanoporos e têm sido utilizadas, por exemplo, em aplicações como processos de filtração, biossensores, biomateriais, catálise, fotocatálise e sensores de umidade, ou ainda como molde para componentes, tais como nanotubos e nanofios. O presente trabalho teve como objetivos a obtenção de uma camada de AAN e a análise da influência dos parâmetros de processo durante a anodização da liga de alumínio AA 1050 fazendo uso do ácido sulfúrico como eletrólito. Foram estudadas as variáveis relacionadas a tempo-concentração, onde as amostras foram anodizadas por tempos de 2, 4, 5, 6 e 8 h em eletrólitos de 0,35 M H2SO4, 0,40 M H2SO4 e 0,45 M H2SO4. Observou-se que a camada de AAN é amorfa e cresce perpendicularmente à superfície da amostra e que o aumento do tempo de anodização resultou em superfícies de maior molhabilidade, independente da concentração do eletrólito. Para uma dada concentração, a espessura da camada de alumina anódica aumenta com o aumento do tempo de anodização até 5 h de processo. O diâmetro médio de nanoporos variou entre 38 e 54 nm e a espessura da camada oxidada variou entre 42 e 200 μm.

Palavras-Chave: corrosion protection; anodization; aluminium oxides; aluminum alloy; sulfuric acid; electrolytes; nanotubes; layers

OLIVEIRA, LEANDRO da S. Obtenção de alumina anódica nanoporosa em liga AA 1050. Orientador: Marina Fuser Pillis. 2022. 100 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2022.tde-12042023-115026. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/34126. Acesso em: $DATA.

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Abstract: A mucosite oral (MO) é uma lesão frequente em pacientes oncológicos e que pode ser causada tanto por radioterapia em região de cabeça e pescoço ou por certos quimioterápicos. Podendo variar no grau clínico de sua manifestação, a MO quando causa ulcerações gera severo quando álgico, risco de infecção local e sistêmica e aumento de custo no tratamento, principalmente quando causada por radiação ionizante. Não há um consenso terapêutico quanto ao manejo da MO e, nas últimas décadas, há um destaque para a fotobiomodulação (PBM), com laser de baixa intensidade, nos comprimentos de onda vermelho e infravermelho. Esta é uma opção não medicamentosa capaz de diminuir o desconforto e acelerar a cicatrização das feridas. Os mecanismos de ação da PBM na evolução do reparo da MO não são esclarecidos. Visando elucidar a atuação da PBM na evolução da maturidade epitelial em úlceras de MO induzidas por radiação ionizante, o presente estudo avaliou o efeito da PBM com comprimento de onda (λ) vermelho, de 660 nanometros (nm) e infravermelho, de 780 nm em feridas de MO radioinduzidas, na língua de ratos, oito e vinte dias após irradiação, em tempo único, com 20 Gy, de fonte de raios gama. Avaliou-se, na área epitelial das lesões, a área percentual correspondente a marcação positiva para as proteínas citoqueratinas 10 (CK10) e 14 (CK14), por meio de técnica de imunohistoquímica (IHQ), após 8 e 20 dias da indução das lesões, e comparou-se com um grupo controle não tratado. A CK10 é uma proteína relacionada a células epiteliais de maior grau de maturidade e diferenciação, sendo capazes de colaborar com a resposta de defesa inata tecidual, e foi significativamente mais expressa no grupo tratado com PBM de 660 nm. A CK14, que é característica de células epiteliais de menor maturidade, menos diferenciadas, importante para o reparo e resistência mecânica epitelial e, normalmente, devendo estar restrita à camada basal de epitélios saudáveis, não apresentou diferenças quantitativas entre os grupos avaliados. No entanto, seu padrão de distribuição no epitélio das amostras do grupo controle no vigésimo dia, ainda se apresentava alterado, ao passo que nos grupos tratados com PBM, a CK14 já aparecia restrita à camada basal do epitélio, como esperado em epitélios saudáveis. O estudo permitiu concluir que a PBM foi capaz de melhorar indicadores de maturidade epitelial da ferida de MO reparada, o que potencialmente se traduz em um epitélio funcionalmente mais competente para um mesmo tempo clínico do grupo controle, na qual as lesões seguiram seu curso natural de cicatrização.

Palavras-Chave: oral cavity; mucous membranes; inflammation; radiotherapy; radiation induced mutants; cytology; keratin; biological markers; immunoassay; biological repair; lasers

SARDO, ARIANE V. da N. Laser de baixa intensidade no tratamento de mucosite oral induzida por radiação : avaliação imunohistoquímica com marcadores de citoqueratinas CK 10 e CK 14. Orientador: Denise Maria Zezell. 2022. 77 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2022.tde-18082022-144812. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/33270. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Os medicamentos são essenciais para a saúde pública e para a manutenção da qualidade de vida, visto que são aplicados tanto para o tratamento ou prevenção de doenças humanas quanto dos animais. Em contrapartida, o elevado uso dos fármacos tem gerado a contaminação em diversos ambientes aquáticos, com potencial para impactar ecossistemas. A irradiação por feixe de elétrons é um Processo Oxidativo Avançado que vem sendo aplicado como uma tecnologia alternativa para a degradação e detoxificação de diversos poluentes orgânicos. Os principais objetivos do presente estudo foram: avaliar a toxicidade e o risco ecológico de quatro fármacos; avaliar as possíveis interações das misturas de fármacos; aplicar a radiação ionizante como uma possível tecnologia para o tratamento de misturas de fármacos. Os ensaios de toxicidade foram realizados com a bactéria Vibrio fischeri, o microcrustáceo Daphnia similis e a levedura Saccharomyces cerevisiae. As soluções aquosas contendo os fármacos foram submetidas a irradiação em um acelerador de elétrons com variação de doses de 1,0 a 5,0 kGy. Os ensaios de toxicidade aguda indicaram que D. similis foi a mais sensível à maioria dos fármacos ao passo que a levedura foi a menos sensível. A avaliação de risco dos medicamentos deste estudo indicou possível risco, exceto para a ciprofloxacina que demonstrou baixo risco para a biota aquática. Os ensaios de toxicidade de misturas com o antidepressivo indicaram tanto efeitos sinergéticos quanto efeitos antagônicos, dependendo da proporção ou concentração dos fármacos. Os ensaios de toxicidade com V. fischeri indicaram que houve aumento de toxicidade em 2,5 kGy para as amostras irradiadas de ciprofloxacina e ácido acetilsalicílico, ao passo que não houve alteração da toxicidade para metformina. Em contrapartida, os ensaios com as misturas binárias, indicaram apenas aumento de toxicidade para a mistura do antidepressivo e antibiótico. Para D. similis, a irradiação dos fármacos individualmente levou ao aumento da toxicidade, entretanto, na presença das misturas foi verificado uma redução de toxicidade na mistura de fluoxetina e ácido acetilsalicílico, e para as demais misturas não houve aumento de toxicidade. Por fim, as análises cromatográficas para a mistura quaternária indicaram que a irradiação por feixe de elétrons foi eficiente para a degradação, com remoção superior a 80%.

Palavras-Chave: radiopharmaceuticals; toxicity; drugs; adioenzymatic assay; reducing agents; crustaceans; daphnia; desulfovibrio; sulfate-reducing bacteria; ultraviolet spectra; liquid column chromatography; linear accelerators; environmental impacts; environmental engineering

TOMINAGA, FLAVIO K. Irradiação com feixe de elétrons proposta como tratamento oxidativo avançado para a degradação e redução de toxicidade para misturas de medicamentos. Orientador: Sueli Ivone Borrely. 2022. 166 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2022.tde-03062022-150509. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/33132. Acesso em: $DATA.

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Abstract: A utilização de equipamentos de sensoriamento remoto para investigar as propriedades microfísicas de aerossóis e de nuvens constitui uma ferramenta muito importante, principalmente quando estes equipamentos são empregados de forma sinergética. Neste trabalho, um lidar elástico, juntamente com um fotômetro solar e uma câmera do tipo olho de peixe, foram empregados para estudar aerossóis, nuvens e a interação entre estes dois componentes da atmosfera, na cidade de São Paulo. As nuvens e os aerossóis constituem sistemas de abrangência mundial e que interagem com a radiação solar de forma independente e também combinada, isto é, quando os aerossóis participam como precursores na formação das nuvens como Núcleo de Condensação de Nuvens (NCN). Vários estudos, teóricos e experimentais, com equipamentos em solo e/ou embarcados em satélites abordaram a maneira e em que condições os aerossóis participam na formação das nuvens, mas estas condições ainda não estão claramente compreendidas. As medidas realizadas entre os anos de 2016 e 2019, utilizando um sistema lidar, permitiram a seleção de dias referentes aos cenários de estudo pré-estabelecidos. Estes dias serviram de referência para o levantamento das medidas em comum com todos os outros equipamentos. Os parâmetros correspondentes a cobertura de nuvens, radiação global incidente, juntamente com os parâmetros microfísicos (coeficiente de retroespalhamento, expoente de Ångstrom, e razão de retroespalhamento) dos aerossóis foram obtidos e validados com dados recuperados das medidas realizadas com o fotômetro solar - CIMEL da rede Aeronet instalado no Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP).

Palavras-Chave: aerosols; radioactive clouds; optical radar; remote sensing; visible radiation; multispectral photography; spectroscopy; environmental exposure; earth atmosphere; multivariate analysis

SILVA, JONATAN J. da. Interação aerossóis nuvens : um estudo por sensoriamento remoto. Orientador: Eduardo Landulfo. 2022. 103 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2022.tde-31032022-112946. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/33121. Acesso em: $DATA.

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Abstract: A utilização de materiais cerâmicos na biomedicina tem se destacado devido as suas propriedades químicas e mecânicas e ausência de toxidade, sendo a alumina uma das biocerâmicas mais utilizadas, principalmente na fabricação de próteses para substituições de quadril e joelhos, reconstrução maxilofacial. Com o objetivo de controlar a microestrutura, densificação, propriedades mecânicas e acelerar a osteointegração de biocerâmicas de alumina, aditivos óxidos e não óxidos têm sido adicionados durante sua síntese ou processamento. O presente trabalho visa avaliar o efeito da adição do Nd2Ti2O7, sobre a densificação, propriedades mecânicas e bioatividade in vitro, em cerâmicas de alumina. Os resultados mostraram que a adição do composto Nd2Ti2O7, favoreceu a densificação da alumina durante o processo de sinterização a temperaturas relativamente baixas, 1500 e 1550°C/1h. Valores de densidade relativa acima de 95% foram alcançados, observando-se uma tendência no aumento na densificação com o aumento no teor do composto. As micrografias eletrônicas de varredura por elétrons retroespalhados, mostraram que todas as amostras desenvolveram uma microestrutura caracterizada por matriz de alumina, com grãos alongados além de fases secundárias, identificadas por difração de raios X como, Nd2Ti2O7, Nd1,65Al23,43O38 e Al0,1Nd0,7Ti0,9O3. Os dados obtidos para os valores de tenacidade à fratura e dureza, foram similares em ambas as temperaturas de sinterização, embora tenha sido observado uma tendência no decréscimo dos valores, com o aumento do teor de Nd2Ti2O7. A partir das análises de reatividade in vitro por imersão em Simulated Body Fluid (SBF), foi possível observar que houve nucleação de cristais de fosfato de cálcio em todas as amostras a partir do 3º dia de imersão, e que quanto maior a quantidade de Nd2Ti2O7 nas amostras, maior foi a formação de hidroxiapatita, evidenciando que a adição do aditivo tende a favorecer o comportamento biológico dos materiais estudados.

Palavras-Chave: sintering; microstructure; neodymium alloys; mechanical properties; biological pathways; aluminium oxides; ceramics

SILVA, PAULA C.M. Influência do titanato de neodímio na microestrutura, propriedades mecânicas e bioatividade de cerâmicas de alumina. Orientador: Cecilia Chaves Guedes e Silva. 2022. 80 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2022.tde-10032023-121825. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/34132. Acesso em: $DATA.

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