Abstract: Revestimentos superficiais são aplicados à muitas ferramentas de usinagem na indústria metalúrgica com o intuito de melhorar a eficiência de corte e aumentar sua vida útil. Neste trabalho foram realizados testes para remoção do recobrimento de nitreto de titânio alumínio (TiAlN) em pastilhas de carboneto de tungstênio (WC-Co), utilizando um feixe laser de pulsos ultracurtos. Após a determinação dos limiares de dano do filme e do substrato foram ablacionados na superfície do recobrimento, traços utilizando duas condições de ablação. Inicialmente operou-se no regime de baixa fluência do filme, e posteriormente no regime de baixa fluência do substrato, muito abaixo do limiar do filme, aplicando-se alta sobreposição de pulsos. Um sistema de espectroscopia de emissão atômica induzida por laser (LIBS) foi montado para monitoramento dos materiais presentes no plasma gerado pelo laser, porém o sistema não apresentou sensibilidade suficiente para leitura da baixa intensidade do plasma proveniente do processo e não foi utilizado. Após a análise dos traços por microscopia eletrônica, perfilometria óptica e espectroscopia por fluorescência de Raios-X, não foi possível determinar um processo seguro para realizar a remoção seletiva do filme em questão, porém, devido aos dados obtidos e observações dos resultados em alguns traços, novas possibilidades foram levantadas, abrindo a discussão para a realização de trabalhos futuros.

Palavras-Chave: short wave radiation; pulses; plasma; lasers; titanium nitrides; films; tungsten carbides; ablation; surface properties; coatings; materials working; electron microscopy; x-ray fluorescence analysis; fluorescence spectroscopy

OLIVEIRA, EDUARDO S. Ablação seletiva de um filme de nitreto de titânio em substrato de carboneto de tungstênio utilizando laser de pulsos ultracurtos. Orientador: Wagner de Rossi. 2017. 90 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2017.tde-16052017-114430. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/27976. Acesso em: $DATA.

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Abstract: O principal objetivo deste trabalho foi estudar a influência do tratamento superficial com laser de femtossegundo em amostras de alumina e compósito de alumina-zircônia estabilizada com ítria para depósito e aderência de apatita. Os resultados obtidos mostraram que houve a formação de apatita sobre as superfícies das amostras que foram texturizadas com laser de femtossegundo e em seguida imersa em 1,5 SBF. Este método biomimético pôde, por conseguinte, tornar estas cerâmicas bioativas. Também houve a formação de apatita na superfície das amostras sem o tratamento a laser. Os efeitos da texturização na superfície para as diferentes cerâmicas e a influência do tempo de imersão em 1,5 SBF são discutidos, a fim de determinar a condição ótima para estimular a deposição e a adesão da apatita na superfície dos materiais. Finalmente, os resultados obtidos das diferentes análises são comparados. A adesão da hidroxiapatita é essencial para interação com o substrato e depende das propriedades das superfícies dos materiais. A qualidade desta adesão influenciará sua morfologia e a capacidade futura de osseointegração. As características de superfície dependem da química de superfície, energia de superfície e topografia de superfície. Geralmente, a reatividade de superfície e energia de superfície pode ser influenciada pelas características de molhabilidade, influenciando o desempenho de biomateriais. A adesão e crescimento da apatita depositada também é função da rugosidade superficial. O tratamento superficial com laser de femtossegundo melhora consideravelmente a adesão da apatita obtida pelo recobrimento biomimético nas superfícies dos materiais.

Palavras-Chave: surface treatments; laser radiation; pulses; sample preparation; aluminium oxides; composite materials; zirconium oxides; yttrium oxides; adhesion; apatites; surface coating; biological materials; bone tissues; implants

AGUIAR, AMANDA A. Avaliação do recobrimento biomimético em compósitos de alumina-zircônia texturizadas superficialmente com laser de femtossegundo. Orientador: Nelson Batista de Lima. 2013. 139 f. Tese (Doutoramento) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2013.tde-29042013-095446. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/10203. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Este trabalho utilizou pulsos laser ultracurtos para modificar, de forma controlada, as características dimensionais de nanopartículas de prata em solução aquosa. Para atingir este objetivo foram empregados algoritmos genéticos e circuitos microfluídicos. Utilizou-se um conformador temporal de pulsos ultracurtos para criar diversos perfis temporais de pulsos que irradiaram soluções de nanopartículas de prata. Estes perfis temporais foram ajustados em tempo real, visando otimizar o resultado do experimento, quantificada pela diminuição do diâmetro médio das nanopartículas nas soluções irradiadas. Uma vez que cada experimento de minimização do diâmetro das nanopartículas exigiu centenas de medidas, sua realização foi possível em decorrência da utilização de um circuito microfluídico construído especialmente para este trabalho. Neste circuito é possível utilizar pequenas quantidades de amostra, levando a curtos tempos de irradiação e medição, além da evidente economia de amostras. Para a realização deste trabalho foi elaborado e testado um algoritmo genético interfaceado a diversos equipamentos, incluindo um filtro acustóptico dispersivo programável que modifica as características temporais dos pulsos ultracurtos, através da introdução de componentes de fases espectrais nestes pulsos. Utilizando o algoritmo genético e o filtro acustóptico dispersivo programável foram realizados experimentos de encurtamento da duração temporal dos pulsos ultracurtos provenientes do sistema laser, resultando na obtenção de pulsos com durações próximas às limitadas por transformada de Fourier. Além disso, foram realizados experimentos para a otimização do processo evolutivo do algoritmo genético escrito em Labview. Os experimentos de irradiação de soluções de nanopartículas de prata mostraram que, ao conformar a duração dos pulsos utilizados nas irradiações, pôde-se controlar as dimensões destas nanopartículas, diminuindo seu tamanho médio por um fator 2. Esses experimentos caracterizam a irradiação de nanopartículas por lasers de pulsos ultracurtos como uma importante técnica de controle de características de nanopartículas.

Palavras-Chave: genetic engineering; biotechnology; laser radiation; pulses; control systems; silver; nanostructures; aqueous solutions

CORDEIRO, THIAGO da S. Controle das características geométricas de nanopartículas de prata através da conformação temporal de pulsos ultracurtos utilizando algoritmos genéticos. Orientador: Ricardo Elgul Samad. 2013. 134 f. Tese (Doutoramento) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2013.tde-18102013-154842. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/10550. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Neste trabalho, foi desenvolvido um laser pulsado utilizando um chaveador-Q passivo em uma cavidade com a tecnologia de controle de modo por duplo-passo. Utilizando um cristal de Nd:LiYF4 com 0,8 mol% de dopagem, foi possível gerar um pulso com duração de 5,5 ns (FWHM), com 1,2 mJ de energia e potência pico de 220 kW para utilização na técnica Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS). A técnica (CRDS), que pode ser traduzida por espectroscopia de cavidade ressonante, é utilizada para medida de espectros de absorção de gases, líquidos e sólidos. Com a técnica CRDS é possível medir perdas com altíssimo grau de precisão, ressaltando sua sensibilidade que é confirmada pela utilização de espelhos com alta refletividade. Foram avaliadas, com essa técnica, as perdas por reflexão e espalhamento de materiais transparentes. Após a calibração da cavidade ressonante, foi possível medir as perdas nas amostras com resolução de até 0,045%, sendo o valor máximo alcançado de 1,73%. Essa calibração foi possível, pois obteve se um tempo de decaimento de aproximadamente 20 μs com a cavidade desobstruída. Também foi conseguido um método de determinação do índice de refração dos materiais transparentes com precisão de cinco casas decimais.

Palavras-Chave: neodymium lasers; pulses; cavity resonators; absorption spectroscopy; sensitivity; calibration

CAVALCANTI, FABIO. Desenvolvimento de um laser pulsado com emissão em 1053 nm para utilização na técnica de "Cavity Ring-Down Spectroscopy. Orientador: Niklaus Ursus Wetter. 2014. 73 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2014.tde-14102014-145230. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/11790. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Neste trabalho, foi desenvolvido um sistema laser utilizando como meio ativo um cristal de YLF cortado em ângulo de Brewster e dopado com 15mol% de érbio substituindo o ítrio, emitindo na região dos 3 m e bombeado por diodo laser com pico de emissão em 975 nm. Com este sistema foi obtido 1,80(18) W operando em regime quasecontínuo. O oscilador foi otimizado para aplicações médicas operando com potência máxima em 250 s de tempo de pulso. O peculiar comportamento temporal do laser foi estudado neste trabalho pela primeira vez, assim como a otimização da potência máxima em função da duração do pulso. Há diferenças nos mecanismos intrínsicos do laser quando este é operado em regime contínuo ou pulsado, especialmente no efeito da transferência de energia por conversão ascendente W22, cujo valor ainda é muito divergente na literatura. O valor estimado neste trabalho para este parâmetro de transferência de energia é 2,0x10-16 cm3/s.

Palavras-Chave: diode-pumped solid state lasers; erbium; yttrium fluorides; lithium fluorides; pulses; optimization; lasers; surgery; doped materials; crystals; biological materials; tissues

DEANA, ALESSANDRO M. Estudo, desenvolvimento e otimizacao de um laser de Ersup(3+):YLF emitindo na regiao de 3 'microns' bombeado 'por diodo. Orientador: Niklaus Ursus Wetter. 2008. 116 f. Tese (Doutoramento) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, Sao Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2008.tde-25082009-151859. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/11760. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Neste trabalho foi estudada a geração de harmônicos perturbativos por pulsos laser ultracurtos em bicos de gás no vácuo. Os harmônicos foram gerados nas regiões espectrais do UV e VUV e sua geração ocorreu em fluxo de gases nobres. Esta técnica possibilita a produção de luz coerente numa região espectral de interesse considerável para várias aplicações, tais como a espectroscopia resolvida no tempo. Para a geração dos harmônicos foi utilizado um sistema laser amplificado de Ti:Safira que produz pulsos de 25 fs, centrados em 785 nm, a 4 kHz. Estes pulsos ultracurtos são injetados em uma câmara de vácuo, onde são focalizados em um bico de gás. Os harmônicos são selecionados por um monocromador e têm a sua intensidade medida por um cintilador e uma fotomultiplicadora. Buscamos abranger uma visão geral sobre a geração de harmônicos perturbativos em gases, com o objetivo de consolidar um conhecimento teórico e experimental no laboratório. Confeccionamos e comparamos o desempenho de dois sistemas distintos de injeção de gás, o bico metálico e o bico de vidro, que são dispositivos pouco explorados na literatura. Os melhores resultados foram obtidos com o bico de vidro. Pudemos estimar a eficiência de geração dos harmônicos do ponto de vista das propriedades microscópicas e macroscópicas de geração, e foi verificada a conversão de energia do feixe fundamental para a geração dos harmônicos, plasma e outros fenômenos não-lineares em argônio. Geramos até o 9º harmônico em argônio, atingindo a região de 85 nm. Foi estudado o casamento de fase e a dependência da eficiência de geração dos harmônicos com a pressão do gás, potência média do laser, chirp e a posição do foco para o 3º, 5° e 7º harmônicos. Com a variação dos parâmetros, observou-se que é possível sintonizar os harmônicos, e que sua geração compete com outros fenômenos, como a ionização do gás. Adicionalmente, foi observada uma queda da eficiência de geração para alta intensidades, que foi associada à depleção do 1º elétron de valência dos átomos do gás, reduzindo a quantidade de centros geradores dos harmônicos. Além do argônio, foram realizadas medidas em hélio, neônio e criptônio, visando estudar como a eficiência de geração dos harmônicos depende das propriedades eletrônicas do gás. Adicionalmente, esses resultados corroboraram a hipótese da depleção dos elétrons de valência.

Palavras-Chave: lasers; gas dynamic lasers; rare gases; electromagnetic pulses; pulses; electromagnetic radiation; harmonic generation; beam shaping; nonlinear optics

ZUFFI, ARMANDO V.F. Geração de harmônicos perturbativos por pulsos laser ultracurtos em gases nobres. Orientador: Ricardo Elgul Samad. 2018. 132 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2018.tde-15052018-113140. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/29636. Acesso em: $DATA.

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Abstract: No presente trabalho são apresentados resultados referentes ao primeiro coeficiente Townsend de ionização (α) no isobutano puro, para a faixa de campo elétrico reduzido (E/N) de 145 até194 Td. A configuração do aparato experimental consiste de uma configuração semelhante a uma RPC, com o anodo constituído por um vidro de elevada resistividade (2 x 1012 Ωcm) e um catodo metálico, ligado diretamente a um eletrômetro, onde fotoelétrons são produzidos pela incidência de um feixe de laser pulsado. O coeficiente α é determinado por meio da medição da corrente elétrica em regime de ionização primária e em regime de avalanche. Uma vez que, para o isobutano puro não há valores experimentais disponíveis na literatura, para a faixa de E/N analisada por este trabalho, os valores obtidos foram comparados com os resultados da simulação Magboltz 2. Os estudos incluíram a determinação do coeficiente α para diferentes taxas de repetição e intensidades do feixe de laser. Como a relação entre a carga rápida e a total relaciona-se com o primeiro coeficiente de Townsend, estudos relativos à contribuição iônica e eletrônica para a corrente média também foram realizados. Como existem poucos resultados disponíveis na literatura referentes às secções de choque de colisão e parâmetros de transporte para o isobutano é comum considerar os resultados de seu isômero estrutural: o n-butano. Assim, a fim de realizar uma análise comparativa, o coeficiente α foi determinado também para o n-butano.

Palavras-Chave: 2-methylpropane; ionization; townsend discharge; avalanche quenching; gases; electric fields; laser radiation; pulses; electron beams; electrometers

LIMA, IARA B. de. Medidas do primeiro coeficiente townsend de ionização em gases inibidores de descargas. Orientador: Carmen Cecilia Bueno. 2014. 113 f. Tese (Doutoramento) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2014.tde-18062014-132035. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/10626. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Este trabalho apresenta uma nova abordagem experimental para determinar a reatividade de sistemas subcríticos. O método a ser apresentado utiliza o modelo da cinética subcrítica desenvolvido por Gandini e Salvatores e baseia-se apenas em grandezas medidas, tais como a taxa de contagem no detector, e nos parâmetros que surgem do ajuste dos mínimos quadrados APSD (Auto Power Spectral Density) e CPSD (Cross Power Spectral Density), não sendo necessário lidar com as quantidades de maior complexidade como a eficiência de detector. A única hipótese feita neste método foi que a fração efetiva de nêutrons atrasados e o tempo de geração de nêutrons prontos fossem independentes do nível de subcriticalidade do sistema. O método proposto foi aplicado nas medidas de reatividade de várias configurações subcríticas do reator IPEN/MB-01. Foram realizadas medidas da APSD e CPSD em diversos graus de subcriticalidade (até em torno de -7000 pcm). Nos dados das densidades espectrais foram feitos ajustes por meio do método de mínimos quadrados para obter a constante de decaimento pronto (α) e outras grandezas. Com a finalide de melhorar as estatísticas de contagem de nêutrons, fonte externa de nêutrons de Am-Be foi instalada próximo ao núcleo, além da fonte de partida. O método experimental proposto mostra claramente que, a teoria da cinética pontual clássica não descreve a reatividade medida. Em vez disso, a reatividade inferida a partir do modelo da cinética pontual clássica é próxima, em seus valores absolutos, ao índice de subcriticalidade (ζ) para um determinado arranjo das fontes do experimeno. A concordância dos resultados obtidos por MCNP5 e GPT-TORT, ambos utilizando os dados nucleares da biblioteca ENDF/B-VII.0, com os resultados experimentais correspondentes são de boa qualidade.

Palavras-Chave: ipen-mb-1 reactor; reaction kinetics; subcritical assemblies; reactivity; spectral density; power density; radiation detectors; pulses; delayed neutrons; control elements; criticality

LEE, SEUNG M. Obtenção de reatividade subcrítica por meio de medidas de APSD e CPSD utilizando detectores modo pulso no reator IPEN/MB-01. Orientador: Adimir dos Santos. 2014. 100 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2014.tde-06102014-100048. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/10631. Acesso em: $DATA.

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Abstract: A texturização por microusinagem a laser é uma importante alternativa para que se consiga melhorar a ligação de aderência entre materiais compósitos e o titânio, aplicados em componentes estruturais na indústria aeronáutica. A execução de texturização em chapas de titânio deve-se ao fato de que a técnica de junção preferida para muitos materiais compósitos é a ligação adesiva. Neste trabalho foram realizadas texturizações em chapas de titânio utilizando laser com pulsos ultracurtos de largura temporal da ordem de femtossegundos. Tal processo resultou em mínima transferência de calor para o material, evitando assim deformação superficial da chapa de titânio bem como a formação de material ressolidificado na região ablacionada. Estes inconvenientes ocorreram na utilização do laser chaveado com pulsos de nanossegundos. Foram executadas três tipos de texturizações utilizando laser com pulsos de femtossegundos, com variações nas distâncias entre as linhas usinadas. Pela análise das superfícies obtidas, detectou-se que a molhabilidade aumenta quando há o aumento da distância entre as linhas da texturização. Avançando nas análises, pela perfilometria óptica das superfícies texturizadas observou-se que há sensível aumento do volume disponível para penetração do adesivo estrutural quando são diminuídas as distâncias entre as linhas texturizadas. Nos ensaios de tração realizados observou-se que há o aumento da resistência ao cisalhamento da junta adesiva com a diminuição da distância entre as linhas texturizadas.

Palavras-Chave: titanium; texture; surface treatments; bonding; adhesion; carbon fibers; composite materials; laser radiation; pulses; tensile properties

NOGUEIRA, ALESSANDRO F. Texturização em superfícies de titânio grau 2 irradiadas com laser de pulsos ultracurtos. Orientador: Wagner de Rossi. 2015. 111 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2015.tde-06042015-103311. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/23740. Acesso em: $DATA.

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