Abstract: A Camada Limite Planetária (PBL - Planetary Boundary Layer) é uma parte relevante da atmosfera com uma extensão variável e que claramente desempenha um papel importante em áreas de estudo, como: a qualidade do ar ou a previsão do tempo. Sistemas de sensoriamento remoto passivo e ativo têm sido amplamente utilizado para analisar as características da PBL. A combinação de diferentes técnicas de sensoriamento remoto permite obter uma imagem completa da dinâmica desta camada. Neste estudo, analisamos o comportamento da PBL utilizando quatro tipos de sistemas de sensoriamento remoto: Radiômetro de Micro-ondas (MWR), Lidar Elástico (EL), Lidar Doppler (DL) e Ceilômetro. As medições foram realizadas em duas cidades, Granada (Espanha) e São Paulo (Brasil). Primeiramente, em Granada, a altura da PBL (PBLH) obtida a partir dos dados do MWR foi validada pela PBLH gerada pela análise dos dados de radiossondas, mostrando uma boa concordância. Em um segundo estágio, sistemas ativos de sensoriamento remoto foram usados para a obtenção da PBLH. Assim, o método do filtro de Kalman foi aplicado aos dados do EL enquanto o método da variância da velocidade vertical do vento foi aplicado aos dados do DL. As PBLH derivadas dessas abordagens foram comparadas com o PBLH fornecida pelo MWR, sendo que os resultados mostram uma boa concordância na maioria dos casos, embora algumas discrepâncias apareçam nas situações de mudanças intensas da PBL (crescimento e/ou diminuição). Em seguida, é realizada a análise dos dados das medidas coletadas com um ceilômetro e um radiômetro de micro-ondas durante quatro e cinco anos, respectivamente, em Granada. As metodologias aplicadas para a detecção da PBLH (método de gradiente para o ceilômetro e a combinação do método de parcela e do método de gradiente de temperatura para o radiômetro de micro-ondas) forneceram uma descrição satisfatória da estrutura da PBL em casos simples. Além disso, o comportamento da PBL foi caracterizado por um estudo estatístico das PBLH convectiva e estável, as quais foram obtidas a partir das medidas do radiômetro de micro-ondas. A análise do estudo estatístico realizado para a PBLH mostra algumas coincidências com outros estudos já realizados para a mesma variável, como o padrão diário e os ciclos anuais. Mas também há algumas diferenças, as quais são causadas por latitudes, topografia e clima distintos. Foi realizada também uma análise combinada de longo prazo da Camada Residual (gerada pelos dados do Ceilômetro) e da Camada Estável e Convectiva (obtida pelos dados do radiômetro de micro-ondas), oferecendo assim um quadro completo da evolução da PBL por combinação sinérgica de técnicas de sensoriamento remoto. Essa é a razão pela qual sistemas com alta resolução temporal e espacial, como os lidars, têm sido cada vez mais aplicados em estudos sobre essa região atmosférica. Neste trabalho, também foi realizada, em São Paulo, uma análise do sinal retroespalhado em três comprimentos de onda (355, 532 e 1064 nm), o qual provê informações da turbulência através da análise dos momentos de alta ordem (variância, assimetria e curtose). O comprimento de onda de 355 nm apresenta pouca aplicabilidade na metodologia proposta, devido à sua baixa intensidade (por conta da predominância do retroespalhamento molecular) e grande presença de ruído, enquanto o comprimento de onda de 532 nm apresentou resultados semelhantes aos fornecidos pelo comprimento de onda de 1064 nm, o qual foi usado como referência. Em seguida, foram analisados dois estudos de caso utilizando os comprimentos de onda de 532 e 1064 nm (em separado). Essa abordagem forneceu informações sobre a altura da PBL (derivada pelo método de variância (Menut et al., 1999), deslocamento de camadas de aerossol (assimetria) e nível de mistura em várias alturas (curtose), mostrando a viabilidade da metodologia proposta, quando os comprimentos de onda de 532 e 1064 nm são usados para a descrição da PBL a partir dos momentos de alta ordem. Além disso, demonstrou-se, com dados de DL, EL e MWR obtidos em Granada, como algumas variáveis (temperatura do ar, concentração de aerossóis, vento vertical, umidade relativa e radiação líquida) podem influenciar a dinâmica da PBL. Os momentos de alta ordem das distribuições de velocidade vertical derivadas dos dados do DL e o sinal retroespalhado obtido a partir do EL foram corrigidos por duas metodologias (first lag e correção de -2/3). Os perfis corrigidos apresentam pequenas diferenças quando comparados com os perfis não corrigidos, mostrando baixa influência do ruído e a viabilidade da metodologia proposta. Foi realizada uma análise detalhada de dois estudos de casos, o primeiro correspondendo a uma PBL bem definida, enquanto o segundo corresponde a uma situação com a presença de uma camada de nuvens e poeira saariana. Em ambos os casos, os resultados fornecidos pelos diferentes instrumentos acabaram se complementando, de modo que o uso sinérgico dos diferentes sistemas nos permitiu um monitoramento detalhado da PBL.

Palavras-Chave: layers; boundary layers; atmospheres; planetary atmospheres; controlled atmospheres; air samplers; air; monitoring; temperature gradients; quality control; sensors; remote sensing; measuring instruments; radiometers; microwave radiation; electromagnetic radiation; wavelengths; signal-to-noise ratio; scattering; backscattering; turbulence; optical radar; doppler effect; photoelasticity; laser radiation; lasers; spain; brazil

MOREIRA, GREGORI de A. Análises da camada limite planetária a partir de sistemas de sensoriamento remoto. Orientador: Eduardo Landulfo. 2018. 156 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2018.tde-15052018-122950. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/29616. Acesso em: $DATA.

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Abstract: O uso da tomografia computadorizada despertou o interesse das indústrias pela possibilidade em utilizar as informações tomográficas de um produto, de processo ou de equipamento, para auxiliar no controle da qualidade de produtos e também para aperfeiçoar o processo produtivo. Porém, quando se trata de tomografia industrial, ao contrário da já amplamente utilizada tomografia médica, nem sempre as condições para a realização da aquisição tomográfica são favoráveis, pois os objetos industriais podem ter diferentes dimensões, composição química e densidades. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um novo desenho para o sistema de tomografia computadorizada industrial, Industrial Process Tomography (tomógrafo), para análises de sistemas multifásicos. Nesta proposta, foram utilizados 70 conjuntos de cristais detectores de NaI(Tl) fotomultiplicadoras, ligados a 5 módulos com 12 detectores. A configuração desenvolvida permitiu a obtenção de um halo de 360° ao redor do objeto a ser tomografado, além da análise em tempo real do processo industrial. O sistema de porta-fontes, desenvolvido para este projeto, permite acomodar dois isótopos radioativos, que com a eletrônica do tipo multicanal, também desenvolvida durante este projeto, possibilitou realizar a seleção de várias faixas espectrais, ao mesmo tempo, em cada detector. O porta-fontes ainda conta com sistema de abertura e de fechamento à distância, para segurança do operador. O tomógrafo, desenvolvido para este trabalho, atendeu às expectativas. Seu desenho possibilita o transporte para as plantas de trabalho, pois este tomógrafo é modular, e apresentou também os picos característicos referentes aos espectros radioativos utilizados, além de apresentar um tempo de aquisição de espectros rápido, o que possibilita a realização de tomografias em tempo real.

Palavras-Chave: image processing; remote viewing equipment; tomography; computerized tomography; industrial radiography; design; gamma spectroscopy; photons; wavelengths; multispectral scanners; luminescent dosemeters; solid scintillation detectors; glass scintillators; monte carlo method; calculation methods

CARVALHO, DIEGO V. de S. Desenvolvimento e análise de um sistema multicanal e multifontes para tomografia de processos industriais em tempo real. Orientador: Carlos Henrique de Mesquita. 2019. 97 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2019.tde-17102019-103539. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/30306. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Lasers sintonizáveis ao redor de 2,3 μm são interessantes para várias áreas, como detecção de gases, sensoriamento remoto e aplicações médicas. O túlio é o principal sistema entre os lasers de terras-raras com essa emissão e pode ser bombeado diretamente ou por meio de um sensibilizador como o itérbio. Neste trabalho, apresenta-se a obtenção de um laser de Yb:Tm:YLF com emissão de 620 mW em 2,3 μm bombeado em 960 nm por diodo-laser de 20 W do tipo barra em regime quase-contínuo. Investiga-se o bombeamento de um cristal de Tm:YLF em 685 nm e obtém-se de forma inédita um laser de Yb:Tm:YLF bombeado simultaneamente em 685 e 960 nm. Demonstra-se teórica e experimentamente sua maior eficiência em relação ao bombeamento apenas por 960 nm. Por meio de simulações numéricas e soluções analíticas, mostra-se a melhor relação de potência de bombeamento de cada comprimento de onda para se otimizar o laser.

Palavras-Chave: lasers; diode-pumped solid state lasers; thulium; ytterbium; wavelengths; doped materials; pumping; fluorides

MATOS, PAULO S.F. de. Investigação de lasers de fluoreto dopados com túlio e bombeados por diodo-laser. Orientador: Niklaus Ursus Wetter. 2006. 96 f. Tese (Doutoramento) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP, Sao Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2006.tde-04062007-161705. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/11422. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Lasers de estado sólido sintonizáveis com uma estreita largura de linha de emissão na região do vermelho são uma alternativa conveniente aos lasers de corante para aplicações em espectroscopia de alta resolução. Nesse trabalho, foram investigados lasers contínuos de Nd:YLiF4 e Nd:YVO4 operando em frequência única na região de 1,32 - 1,34μm, assim como a geração de segundo harmônico (GSH) desses lasers usando cristais de BiB3O6 (BiBO) e KTiOPO4 com inversão periódica de domínios (ppKTP), para a obtenção da emissão no vermelho (0,65 - 0,67μm). Utilizando um laser de Nd:YVO4 operando em frequência única em uma configuração em anel com um cristal não linear BiBO do tipo I, demonstrou-se o recorde de 680mW no vermelho em 671,1nm, sem a utilizaçãde nenhum elemento seletivo. Uma intonia em todo o ganho (~4 nm) foi obtida atravésda inserção de um etalon com filme refletor (R = 40%) e com 100μm de espessura, o que reduziu a potência de saída no vermelho para 380mW no comprimento de onda de maior ganho (671,15 nm). Em 1342nm foi demonstrada uma potência de saída de 1,5W em frequência única quando utilizado um espelho de saída com transmissão de 2%. Foi demonstrado ainda uma ótima eficiência de conversão de segundo harmônico em um laser em anel de Nd:YLF na polarização π (λ = 1321,5nm) quando usando um cristal de ppKTP. Este laser forneceu 1,4W em frequência única no vermelho em 660,5nm. Essa potência é a máxima que pode ser extraída desse laser no segundo harmônico e no fundamental quando utilizado um espelho com transmissão ótima. Utilizando um etalon com filme refletor (R = 25%), o laser pôde ser sintonizado em Δλ ~ 1,6nm.

Palavras-Chave: solid state lasers; diode-pumped solid state lasers; neodymium lasers; frequency selection; wavelengths; tuning; infrared spectra

CAMARGO, FABIOLA de A. Lasers de frequencia unica de Nd:YLF e Nd:YVO4 na regiao do vermelho. Orientador: Niklaus Ursus Wetter. 2010. 64 f. Tese (Doutoramento) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, Sao Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2010.tde-08082011-150220. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/9549. Acesso em: $DATA.

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