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1 Master in Verifiche di qualità in radiodiagnostica, medicina nucleare e radioterapia "Principi fisici alla base della Michele Guida Dipartimento di Fisica E. R. Caianiello e Facoltà di Ingegneria Università e I.N.F.N., Salerno 1

2 Master in Verifiche di qualità in radiodiagnostica, medicina nucleare e radioterapiar Capitolo 1 Introduzione alle radiazioni 2

3 Le radiazioni Con il termine di radiazioni si comprendono comunemente alcuni fenomeni, tra loro differenti, che hanno in comune il trasporto di energia nello spazio. L'energia trasportata dalla radiazioni viene ceduta quando la radiazione è assorbita dalla materia attraversata. Aumento di temperatura in prossimità del punto dove è avvenuto l assorbimento 3

4 Le radiazioni Sonoradiazioni radiazioni, ad esempio, la luce visibile, le onde radiotelevisive, le emissioni di particelle o di fotoni (X o γ) da parte di un elemento radioattivo. radiazioni possono anche essere distinte in Leradiazioni corpuscolate ossia dotate di massa come le particelle cariche elettricamente e i neutroni, e non corpuscolate, come i fotoni ( X o γ) che non hanno nè massa nè carica. 4

5 Le radiazioni L assorbimento di radiazione da parte della materia attraversata può provocare non solo un aumento di temperatura ma anche che n il calore sprigionato sviluppi un incendio; n la luce impressioni una pellicola fotografica; n all organismo umano vengano inferti danni dalle radiazioni piu energetiche. 5

6 Le radiazioni Le radiazioni più energetiche possono, quindi, esercitare un azione lesiva sull organismo, diretta conseguenza dei processi fisici di eccitazione e ionizzazione degli atomi e delle molecole dei tessuti biologici colpiti dagli urti delle particelle con la materia. In relazione all energia posseduta e, quindi, agli effetti prodotti sulla materia attraversata, le radiazioni si distinguono in: ionizzanti. Radiazioni non ionizzanti. n Radiazioni ionizzanti n Radiazioni 6

7 Le radiazioni ionizzanti Quando una radiazione ha energia sufficiente può ionizzare il mezzo, nel nostro caso il tessuto, attraversato, ossia produrre cariche positive e negative. A seconda che la ionizzazione del mezzo colpito da radiazione, ovvero irradiato, avvenga per via diretta o indiretta le radiazioni ionizzanti vengono distinte in: radiazioni direttamente ionizzanti e radiazioni indirettamente ionizzanti. 7

8 Come si misura l energia delle radiazioni? n L'energia delle radiazioni si misura in elettronvolt (ev) 1 ev è l'energia che una carica elettrica unitaria (come un elettrone) acquista attraversando una differenza di potenziale (d.d.p.) di 1 Volt. 8

9 L energia delle radiazioni n Multipli dell ev sono: n il kev (1.000 ev =10 3 ev), n il MeV ( ev = 10 6 ev), n il GeV ( ev = 10 9 ev). 9

10 La radiazione elettromagnetica La radiazione elettromagnetica si propaga per mezzo di onde trasversali con velocità nel vuoto c = m/s e in un mezzo di indice di rifrazione n, v = c/n. La radiazione ha tre caratteristiche fondamentali: Intensità o Ampiezza Lunghezza d onda, λ, (o frequenza ν = c/nλ) Polarizzazione 10

11 Onde elettromagnetiche ONDE RADIO λ = 1km 10cm trasmissioni radio-televisive MICROONDE λ = 10cm 1mm radar, telefono, forni IR - VISIBILE - UV λ = 1mm 10-9 m calore, luce, reazioni chimiche RAGGI X RAGGI GAMMA λ = m radiografie 11

12 Onde Un onda è caratterizzata da una lunghezza d onda e da un ampiezza lunghezza d onda ( ) ampiezza La radiazione elettromagnetica trasporta un energia che aumenta al diminuire della sua lunghezza d onda 12

13 energia frequenza Spettro delle onde elettromagnetiche Lo spettro elettromagnetico nelle scale di: v Lunghezze d onda, λ v v Frequenza, ν=c/ =c/λ Energia, E=hν dove l energia è espressa in electronvolt (ev) 1 ev = J Lunghezza d onda 13

14 Spettro delle onde elettromagnetiche Visibile 1666 Newton disperde la luce visibile con un prisma. Il visibile è prodotto da transizioni degli elettroni di atomi e molecole e da corpi molto caldi. 14

15 Spettro delle onde elettromagnetiche Onde radio e microonde 1885 Hertz scopre le onde radio. Le onde radio sono prodotte da dispositivi elettrici e elettronici. 15

16 Spettro delle onde elettromagnetiche Raggi X e Raggi γ Roentgen scopre i raggi X Rutherford identifica i raggi γ I raggi X sono prodotti nelle transizioni elettroniche negli atomi di elettroni di shell interne. I raggi γ sono prodotti nelle reazioni nucleari. 16

17 Spettro delle onde elettromagnetiche Infrarosso 1800 Herschel mostra che la radia- zione solare si estende nell infrarosso. L infrarosso è prodotto da transizioni rotazionali e vibrazionali delle molecole e da corpi caldi. 17

18 Spettro delle onde elettromagnetiche Ultravioletto (UV) 1801 Ritter in modo analogo all IR scopre la luce ultravioletta. L UV è prodotto da transizioni elettroniche di atomi ionizzati. 18

19 Spettro elettromagnetico Lunghezze d onda (λ) crescenti Infrarosso rosso arancione giallo verde blu porpora ultravioletto Esempio: calore esempio: lettino solare Energie (frequenze ν) crescenti 19

20 Lo spettro elettromagnetico LUNGHEZZA D ONDA (m) 1fm 1pm 1nm 1 m 1mm 1m RAGGI GAMMA RAGGI X ULTRA- VIOLETTO INFRA- ROSSO MICRO- ONDE ONDE RADIO ENERGIA VISIBILE 20

21 Colori e lunghezza d onda L occhio umano è sensibile solo ad una piccola parte dello spettro elettromagnetico: la luce VISIBILE COLORE violetto azzurro verde giallo arancione rosso LUNGHEZZA D ONDA (nm) Ciascun colore corrisponde ad una radiazione elettromagnetica di diversa lunghezza d onda 21 LEZIONI DI OTTICA per le scuole medie F.Menchini 2-6

22 L occhio umano L occhio, tramite la lente del cristallino, forma un immagine degli oggetti sulla retina, da cui poi partono gli impulsi elettrici che arriveranno al cervello La retina è ricoperta di coni e bastoncelli. I CONI sono i responsabili della visione a colori 22

23 Che cos è la luce? UN FLUSSO DI PARTICELLE MICROSCOPICHE emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose UN ONDA cioè energia che si propaga fotoni TEORIA CORPUSCOLARE TEORIA ONDULATORIA 23

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