Divisão de Física Aplicada

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1 Divisão de Física Aplicada

2 Organização EFA Subdivisão de Aplicações das Radiações EFA-A LRI Laboratório de Radiação Ionizante LEN - LEN Laboratório de de Espectroscopia Nuclear Nuclear e e Radiometria - Laboratório de de Eletrônica Subdivisão de Eletromagnetismo Aplicado EFA-E LSE - Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos LEV - Laboratório de Engenharia Virtual GEC - Grupo de Eletromagnetismo Computacional

3 Infra-estrutura Experimental Bancada de ensaios de emissões conduzida e irradiada (9 khz até 30 MHz) medidas de compatibilidade eletromagnética e interferência eletromagnética. Avaliação de propriedades eletromagnéticas de materiais (sólidos e líquidos) : freqüências de 100 Hz até 12 GHZ. Propriedades medidas podem ser utilizadas na simulações, contribuindo para melhoria do projeto computacional de dispositivos Atualmente, podem ser avaliados os efeitos de temperatura e umidade

4 Infra-estrutura Experimental Laboratório de Sinterização Reforma de área de 40m 2 no prédio da EAP (FINEP) Forno para sinterização instalado e operacional

5 Infra-estrutura Experimental Projetos Pajé- LRI (Acelerador Laboratório de Radiação Ionizante) Unificação dos projetos (paralisação do Pajé e redirecionamento do LRI) Instalação para desenvolvimento de projetos voltados para o estudo dos efeitos da radiação ionizante em materiais, fibras ópticas, circuitos e componentes eletronicos e fotônicos, de interesse aeroespacial. Acelerador de elétrons Fontes de radiação gama (60Co) Fontes de partículas carregadas - Gamma-cell - Fonte direcionada Instrumentação para medidas de parâmetros de circuitos analógicos e digitais e de semicondutores

6 Infra-estrutura - Acelerador MODULATOR 1 - electron gun 2 - magnetic lenses 3 - vaccum valves 4 - pre buncher 5 - buncher 6 - accelerating structure 7 - coil 8 - klystron 20 MW peak 9 - klystron 1 kw peak WAVEGUIDE ANALYZING SYSTEM ACCELERATING STRUCTURE INJECTOR

7 Infra-estrutura - Acelerador MODULATOR 1 - electron gun 2 - magnetic lenses 3 - vaccum valves 4 - pre buncher 5 - buncher 6 - accelerating structure 7 - coil 8 - klystron 20 MW peak 9 - klystron 1 kw peak WAVEGUIDE ANALYZING SYSTEM ACCELERATING STRUCTURE INJECTOR

8 Infra-estrutura - Fonte

9 Infra-estrutura Computacional Sala de desenvolvimento de software e simulação - LEV Inaugurada em agosto/2005 área de 78 m 2 na EST-A (FINEP) 11 estações de trabalho 2 servidores - base de conhecimento (Nou-Rau), controle de versões de software, servidor de ferramenta CASE, forum interno

10 Infra-estrutura Computacional Cluster BELIEVe II Transferido para o subsolo do prédio da Direção Oferta de serviços pela DMZ do IEAv (ITA, IPEN, UNESP, alunos) 20 usuários cadastrados Cluster BELIEVe I - desativado

11 Infra-estrutura Computacional Softwares Comerciais - XFDTD, HFSS, Femlab, GID, Matlab, Mathematica Bibliotecas de código fonte aberto Softwares desenvolvidos - Linguagens C++, Fortran, MATLAB - Orientação a objetos - Resolução de problemas 2D (e 3D com simetria axial) em eletromagnetismo, plasmas, condução de calor, otimização com algoritmos genéticos, nanotubos - multiplataforma (Windows Linux) - Processamento paralelo

12 Pesquisa e Desenvolvimento QWIP/QDIP Sensores de Infravermelho (IV) nanoestruturados poços quânticos (QWIP) Seletividade dos QWIPs

13 Pesquisa e Desenvolvimento QWIP/QDIP Sensores de Infravermelho (IV) nanoestruturados poços quânticos projeto em execução há um ano crescimento de amostra de GaAs/AlGaAs e InGaAs/InAlAs para detecção de infravermelho com centro da resposta em 4,1 e 9 µm técnicas e ferramentas para caracterizações ópticas e eletro-ópticas de amostra de GaAs/AlGaAs e InGaAs/InAlAs V 20 Sample 930 6V Photocurrent (AU) Photocurrent (AU)) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 Wave Length (µm) Photocurrent (arb.u.) 10 Detectivity (cmhz 1/2 /W) 1E Wave Length (µm) Wavelength (µm) Resposta espectral - seletividade 1E Wavelength (µm) Detectividade espectral comparável ao de sistemas comerciais

14 Pesquisa e Desenvolvimento QWIP/QDIP Sensores de Infravermelho nanoestruturados pontos quânticos Primeiros resultados experimentais crescimento dos pontos quânticos Resposta Espectral de um Sensor a Pontos Quânticos não Otimizado 4 unpolarized intensity (arb. u.) 3 TE polarization 2 TM polarization polarized at 45 1 normal incidence wavelength (µm)

15 Pesquisa e Desenvolvimento QWIP/QDIP Raio-X Caracterização TEM AFM Participantes: IEAv, UFMG, PUC-RJ,INPE, UFSCar, USP São Carlos Financiamento : FINEP

16 Pesquisa e Desenvolvimento Desenvolvimento de ferritas As ferritas atualmente em estudo no LSE são do tipo Ni-Zn fabricadas pelo método cerâmico convencional. Tais materiais encontram aplicações diversas tais como: Transdutores de monitores de corrente pulsada Sensores de radiação eletromagnética Monitor de corrente pulsada. Compósitos absorvedores de microondas Sensor idealizado no LSE, empregando transdutores de ferrita. Mantas absorvedoras à base de ferrita Mg- Mn, desenvolvidas no LSE.

17 Pesquisa e Desenvolvimento Desenvolvimento de ferritas Processamento IAE Divisão de Materiais Laboratório de Sinterização 110 Intensidade Relativa (%) Ferrita 3 Sinterizada a 1300 o C d = 8,43 Angstrons Ângulo (2 x theta) Difração de raios x. Outros métodos empregados: picnometria, porosimetria, determinação da densidade pelo método de Arquimedes. Freqüência Média: 7,9 micra Moda: 5,9 micra Desv. padrão: 5, Comprimento do intercepto (micron) Caracterização microestrutural

18 Pesquisa e Desenvolvimento - Ferritas Caracterização eletromagnética (LSE) MAGNETIC PERMEABILITY - REAL PART (µ') M FREQUENCY (Hz) -40 o C -30 o C -20 o C -10 o C 0 o C +10 o C +25 o C +30 o C +40 o C +50 o C 1G MAGNETIC PERMEABILITY - IMAGINARY PART (µ'') M FREQUENCY (Hz) -40 o C -30 o C -20 o C -10 o C 0 o C +10 o C +25 o C +30 o C +40 o C +50 o C 1G PERMITTIVITY - REAL PART (ε') M -40 o C -30 o C -20 o C -10 o C 0 o C FREQUENCY (Hz) 900M Medidas de permeabilidade magnética e permissividade, variando-se temperatura e umidade PERMITTIVITY - IMAGINARY PART (ε'') M FREQUENCY (Hz) 1G -40 o C -30 o C -20 o C -10 o C 0 o C +10 o C +25 o C +30 o C +40 o C +50 o C

19 Pesquisa e Desenvolvimento Desenvolvimento de nanoestruturas magnéticas - Processo de moagem a laser em desenvolvimento - Definição de parâmetros, composição e avaliação de granulometria - Colaboração: EFO, IAE (AMR) Desenvolvimento de materiais bio-magnéticos - Iniciativa da EFO: - EFA caracterização magnética Projeto e confecção de cerâmicas magnéticas com absorção seletiva de radiação eletromagnética - Aplicação: sensores de radiação eletromagnética

20 Pesquisa e Desenvolvimento Caracterização eletromagnética de materiais biológicos e aplicações computacionais Objetivos : Determinar as propriedades dielétricas de fêmur bovino de maneira sistemática, na faixa de freqüência entre 50MHz e 40GHz, avaliando suas dependências com a temperatura, a umidade relativa e a orientação das amostras; Propor um padrão de metodologias para caracterização eletromagnética de materiais biológicos em RF & MW, cujas propriedades dependem do ambiente aos quais estão submetidos. Colaborações: EPUSP, Rede TSQC (Anvisa)

21 Pesquisa e Desenvolvimento Caracterização eletromagnética de materiais biológicos e aplicações computacionais 100 BONE Our Results Rat (femur) Human (tibia) 37 o C Resultados Relative Permittivity 10 Ovine (skull) 37 o C Bone (marrow) 37 o C Bone-cortical (compiled) 1 1x10 7 1x10 8 1x10 9 1x10 10 Frequency (Hz) International Conference on Electromagnetic Fields, Health and Environment EHE 06, 27 a 29 de abril de 2006 Ilha da Madeira Portugal

22 Pesquisa e Desenvolvimento Caracterização eletromagnética de materiais biológicos e aplicações computacionais Perspectivas realizar medidas em materiais biológicos de animais com linhagem controlada e de seres humanos. Aplicar esses conhecimentos nos cálculos da Taxa de Absorção Específica SAR (Specific Absorption Rate) para avaliação dos efeitos da Radiação Eletromagnética Não-Ionizante em seres humanos; Transferir esses conhecimentos para outras áreas de aplicações e/ou com diferentes materiais, tais como blindagens (uso militar, desenvolvimento de equipamentos de proteção individual no trabalho); crescimento ósseo e tratamento de câncer (na medicina); controle de pragas em plantações (na agronomia).

23 Pesquisa e Desenvolvimento LEVSOFT Software orientado a objetos Desenvolvimento em linguagem C++ Documentação em UML (Together, DOxygen) Estudos implementados Eletrostáticos, magnetostáticos, eletrocinéticos Condução de calor (regimes permanente e transitório) fontes volumétricas e pontuais Escoamento de fluidos em meios porosos Simulação de plasmas (colisional e não colisional) (em andamento) Nanotubos (potencial de Lennard-Jones) (em andamento) Semicondutores nanoestruturados (em andamento) Magnetodinâmicos (problemas de corrente induzida) (em andamento) Otimização com Algoritmos Genéticos sensores eletroópticos (em andamento)

24 Pesquisa e Desenvolvimento LEVSOFT Geradores de malha Não estruturada (Delaunay 2D) Estruturada (elíptica) Autoadaptativa (em manutenção) Resolução multiplataforma Windows e Linux Sequencial e paralelo Implementações previstas Escoamentos hipersônicos MHD e EHD Novos métodos numéricos para resolução de sistemas e geração de malhas Novos tipos de elementos

25 Pesquisa e Desenvolvimento Bibliotecas de desenvolvimento SDK-LEVSOFT Classes Básicas Primitivas geométricas Elementos Finitos Geração de malhas Matrizes esparsas Métodos de resolução de sistemas lineares de equações EFG ( element-free Galerkin ) (em andamento) Fenômenos (equações diferenciais) (em andamento) Métodos de resolução de problemas de autovalores (em andamento) Auxilio a usuários programadores no desenvolvimento de novos módulos do sistema LEVSOFT

26 Pesquisa e Desenvolvimento - BRAFEL BRAFEL projeto multi-institucional (CBPF, LNLS, IEAv, IFUSP, colaboradores internacionais) Características: - Laser de elétrons livres (sintonizável e potência média) - Compr.onda = 100 micra (infravermelho) - Energia do feixe de elétrons : 8,5 Mev - Compr. Onda wiggler = 3 cm Restrições : Participação do IEAv: - Emax <= 20 MeV (proteção radiológica) - Lmax = 10m (todo o sistema) - Simulações numéricas (projeto) - Construção do ondulador magnético (wiggler) e medidas magnéticas

27 Pesquisa e Desenvolvimento - BRAFEL Resultados preliminares Otimização de parâmetros de projeto (Comprimento, potência de saturação e eficiência) Financiamento proposta de projeto para MCT Ie = 700A Ie = 200A Resultados iniciais baseados em fórmulas analíticas e fenomenológicas Resultados otimizados obtidos a partir de simulação numérica 3D

28 Pesquisa e Desenvolvimento Projeto de fibras ópticas especiais para sensores de gás e líquido. Fibra Óptica (Photonic Crystal Fiber) Gases ou líquidos são inseridos nos furos. A absorção da luz é medida e calibrada para indicar a presença e concentração da substância a ser estudada Fabricação : Austrália Caracterização: Unicamp Financiamento : FAPESP

29 Pesquisa e Desenvolvimento Projeto de fibras ópticas com Alta Birrefringência Fibra Óptica (Photonic Crystal Fiber)

30 Pesquisa e Desenvolvimento Projeto de fibra óptica para Compensação da Dispersão Cromática Fibra Óptica (Photonic Crystal Fiber) Colaboração: EFO, UNICAMP, USP Financiamento: FAPESP

31 Pesquisa e Desenvolvimento Processamento de Alto Desempenho e Técnicas Numéricas paralelização de métodos de resolução de sistemas lineares de equações otimização de dispositivos eletromagnéticos utilizando algoritmo genético (dispositivos eletroópticos: sensores de alta tensão e moduladores) Aplicação do método element-free Galerkin para o estudo de problemas eletromagnéticos não homogêneos Aplicação do método element-free Galerkin associado ao método particle-in-cell para a simulação de plasmas

32 Pesquisa e Desenvolvimento Avaliação de RCS Cooperação: Diretoria de Sistemas de Armas da Marinha do Brasil (DSAM), RJ. Aeronaves (Apache e A1) Embarcações Antenas de microondas do tipo patch Estruturas dielétricas bidimensionais

33 Propostas de projetos Proposta aprovada : Edital Institutos do Milênio n. 01/2005. Proposta aprovada : Pró-Defesa sensores infra-vermelho nanoestruturados (recursos para formação de pessoal) (início: 2006 duração 4 anos) Proposta para AEB: Sensores IV semicondutores na faixa de 1 a 1,7 µm de InGaAs (banda - banda) para utilização em imageadores de satélite Cooperação com Universidades de SP, RJ e MG Proposta para Fundo Aeronáutico LRI (SIA) Proposta aprovada, mas sem recursos (2005) Proposta Fundo Setorial ProInfra Infra-estrutura para LRI aguardando resposta (12/05/2006)

34 Propostas de projetos Propostas no âmbito da Ação Transversal Infra-estrutura dos ICT s da Área de Defesa Sensor de presença de RF utilizando tecnologia de metamateriais Software multifísica LEVSOFT: módulos de plasma, otimização e nanoestruturas semicondutoras Ferramenta CAE/CAD para análise de seção reta radar de estruturas complexas Processador digital para sinais eletromagnéticos de baixa intensidade Detetor de artefatos não-metálicos subterrâneos utilizando tecnologia Maser -HSM

35 Propostas de projetos Proposta Fundo Setorial Equipamento Multiusuário Cluster de PCs de 64 unidades de processamento aguardando resposta (06/2006) Apresentação de Projeto de calibração de sensores de RF a especialistas da ANVISA -REDE TSQC Avaliação da exposição de seres humanos em ambientes eletromédicos Propostas submetidas no Edital Universal Projeto de fibras ópticas para Sensores Possíveis aplicações: biosensor, sensor de temperatura e pressão, sensor para detecção de gases e líquidos e para medicina diagnóstica. Projeto de dispositivos fotônicos integrados em semicondutores.

36 FIM