Dipartimento di Fisica a.a. 2004/2005 Fisica Medica 2 Radiazioni X 11/3/2005

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Battistina Alfieri
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1 Dipartimento di Fisica a.a. 2004/2005 Fisica Medica 2 Radiazioni X 11/3/2005

2 Diagnostica clinica Completamente cambiata negli ultimi decenni Ecografia (EC) Radiografia digitale (DR) Tomografia assiale computerizzata (TAC) Tomografia ad emissione di positroni (PET) Tomografia a emissione singolo fotone (SPECT) Risonanza magnetica nucleare (NMR) Digitalizzazione ed informatizzazione

Röntgen scopre i raggi X Gli oggetti risultano più o meno

3 Radiografia della mano della signora Röntgen del 22/12/1895 pubblicata sul New York Times del 16/1/1896 Raggi X 1895: Röntgen scopre i raggi X Gli oggetti risultano più o meno trasparenti ai nuovi raggi a seconda del loro spessore e della loro natura

4 Radiografia Immediati utilizzi clinici Tubo per diagnosi con raggi X dell inizio del 1900 Marie Curie organizza un servizio di radiografia per i militari durante la I guerra mondiale

5 Radiografia moderna La radiografia rimane la più comune ed economica diagnosi radiante Visti i vantaggi, ci si sta spostando sulla radiografia digitale

6 Generatore di raggi X Per effetto Joule un filo percorso da corrente diventa incandescente producono raggi X per effetto termoionico vengono emessi elettroni che interagendo con l anodo

7 Caratteristiche anodo-catodo Catodo filamento o scatola metallica indipendente dal filamento stesso (emettitore di elettroni) Anodo: piastra di metallo grande numero atomico elevata temperatura di fusione buona conducibilità termica Normalmente in tungsteno (W) oppure qualsiasi materiale con anteposta una piastra di tungsteno (anticatodo)

8 Tensioni anodo-catodo Tra anodo e catodo d.d.p. da 10 4 a10 6 V Diagnostica: differenziazione tessuti (diverso Z) kv Terapia: distruzione dei tessuti > 500 kv Tensione normalmente continua ottenuta tramite trasformatori collegati alla c.a. di rete

9 Bremmstrahlung Urto elettroni (v ~ c) con l anticatodo: fenomeno di frenamento con emissione di radiazione conservazione dell energia: energia radiazione X pari a quella dell elettrone frenato Lo spettro della radiazione uscente è quindi continuo (spettro bianco) e direttamente proporzionale alla d.d.p. applicata tra anodo e catodo

10 Spettro energetico λ = c / ν anticatodo W taglio λ min corrispondente a ν max λ min = (h c) / (e V) λ min = 1238 nm / V (espresso in V) si agisce su V ovvero sulla T del filamento

11 Spettro totale Spettro di fotoni X emessi da un tubo con anticatodo di W ad una d.d.p. di 87 kv Tutti i fotoni con E < 12 kev e parte di quelli tra 12 e 30 kev sono assorbiti dalle pareti di vetro del tubo a raggi X rumore

12 Assorbimento Piccola lunghezza d onda buona penetrazione! Calibrazione fascio collimato di raggi X di intensità I 0 passa attraverso un materiale di spessore x misuro un fascio uscente di intensità I I = I 0 e µx µ coefficiente lineare di attenuazione

13 Diffusione Il materiale diffonde in tutte le direzioni senza variazione della lunghezza d onda Effetto piuttosto ridotto radiazione distribuita in tutto l ambiente - effetto velatura sulle lastre fotografiche - aumento dose di radiazione a cui sono esposti gli operatori

Radiazioni Pericolose ma molto conosciute e ben studiate Hiroshima e Nagasaki ThreeMileIsland Chernobil Veste protettiva utilizzata dai

14 Radiazioni Pericolose ma molto conosciute e ben studiate Hiroshima e Nagasaki ThreeMileIsland Chernobil Veste protettiva utilizzata dai radiologi agli inizi del 1900 Può essere utilizzata sia come visualizzatore all interno del corpo (medicina nucleare) sia direttamente nella radioterapia

15 Transizioni Riassestamento degli elettroni nei livelli più interni dell atomo Emissione raggi X a lunghezze d onda λ caratteristiche della differenza dei livelli interessati Energie specifiche degli orbitali del materiale dell anticatodo Legge di Moseley ν = a (Z b) 2

16 Effetto fotoelettrico Assorbimento da parte dell atomo del fotone X incidente con espulsione di un fotoelettrone µ τ = K n d Z 4 / E 3 d = densità del mezzo discontinuità orbitali

17 Effetto Compton Un fotone viene diffuso dall atomo perdendo energia e provocando l espulsione di elettrone µ σ = K d / E θ angolo elettronefotone legato dalla formula di Compton (1/E 1/E ) = 1/(m e c 2 )(1 cosθ)

18 Produzione di coppie In presenza dell intenso campo elettrico del nucleo il fotone genera una coppia elettronepositrone µ π = K Z E occorre un energia di almeno 1.02 MeV per produrre due elettroni di 0.51 MeV E = m e0 c 2

19 Processo inverso alla produzione di coppie µ π = K Z E scattering elastico positrone-elettrone con produzione di una coppia di fotoni in direzioni opposte angolo φ = 180 Annichilazione

20 Assorbimento lineare Coefficiente di assorbimento lineare complessivo coefficiente di assorbimento µ = µ τ + µ σ +µ π attenuazione complessiva per fotoni X nel rame

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