Tomografia a Risonanza Magnetica. superconduttori

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Serena Palla
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1 Tomografia a Risonanza Magnetica e superconduttori

2 Dai magneti e le loro applicazioni alla risonanza magnetica per uso medico

3 La prima applicazione del magnetismo: la bussola Una delle prime bussole: descritta nel 1040 nel Wu Ching Tsung Yao, un trattato di tecniche militari

4 Altoparlante (o microfono) How spealers work

5 Altoparlante (o microfono) How spealers work

6 Magneti permanenti Magnetite 10 cm Ferrite NdFeB...GRANATI

7 Registrazione magnetica: la spina dorsale della rivoluzione elettronica

8 Oersted + Ampere

9 UN FATTO: La corrente che passa per un filo devia l'ago della bussola S L'ago e' un piccolo magnete N SPIEGAZIONE: La corrente I produce un campo magnetico B intorno a se` L'ago si allinea lungo il campo magnetico B

SPIEGAZIONE: La corrente I produce un campo magnetico

10 Le correnti esercitano una forza sugli aghi magnetici I magneti (B) esercitano una forza sulle correnti Anche il campo del magnete e` dovuto a microcorrenti: quelle degli atomi (ad esempio del ferro)

11 Riassunto: i campi magnetici sono l'effetto di correnti Per ottenere B intensi: 1) Materiali magnetici Bmax ~ 2T ~ volte Bterra oppure 2) correnti elevatissime e molte spire Linee di forza

magnetici Bmax ~ 2T ~ 30000 volte Bterra oppure

12 Cosa e` il campo magnetico? le curve immaginarie (linee di forza) lungo cui si allineano gli aghi magnetici delle bussole limatura come piccoli aghetti

13 S Aghi sempre piu` piccoli NN la limatura di ferro aghi femtoscopici: lo spin dei nuclei dell'atomo di idrogeno (i protoni, 1H) N S trottola

14 La precessione, ovvero non sempre gli aghi si allineano Trottola: il momento angolare precede attorno a g protoni (1H): lo spin precede attorno a B

15 La frequenza di precessione e` regolata dal campo magnetico = B Precessione di Larmor

16 Legge di Faraday B bobine di ricezione

17 NMR (e MRI) + a) magnete + b) spin nucleari + d) induzione di un segnale alla frequenza = B c) occorre farli danzare a tempo irraggiandoli inizialmente con onde radio

18 Uno strumento medico moderno Magnete e bobine di ricezione

19 Per vedere cosa e` la MRI andiamo a Harvard Mozilla

20 Per vedere cosa e` la MRI andiamo a Harvard Mozilla

21 Joe ci spiega la tomografia Joe P. Hornak

22 La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): cosa si osserva? un voxel

23 La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): cosa si osserva? cellule

24 La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): cosa si osserva? acqua

25 La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): cosa si osserva? molecole di H2O

26 La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): cosa si osserva? molecola di H2O H nucleo di 1H (protone)

27 Come si fa ad osservare una sola fetta del cervello di Joe? La radiofrequenza fa danzare a tempo solo quella

28 Come si ottiene la tomografia dentro la fetta? Immaginiamo che l'idrogeno sia concentrato in tre soli punti Se mettiamo la testa di Joe in uno strumento NMR frequenza di Larmor L'intensita` del segnale NMR e` proporzionale al numero di nuclei di 1H

29 Se il campo B cresce in una direzione i tre punti precedono a frequenze diverse = B

30 Se B cresce così ma se in esperimenti successivi B cresce in diverse direzioni

31 Rielaborando l'informazione si puo` ricostruire l'immagine

32 Il corpo umano (per parti)

33 Sempre piu` piccolo, con B=8T: Un polso < > 5cm Una fettina < > 0.1 mm!

34 Ricostruzioni tridimensionali

35 I polmoni che respirano gas Xenon ultrapolarizzato

36 Perche` i superconduttori? per produrre B=10T (circa circa volte il campo della terra terra) A di corrente in fili di rame: 5 MW di potenza dissipata (resistenza), pari al consumo delle abitazioni di una citta`come Fidenza Superconduttore: se la resistenza e` nulla, la potenza dissipata e`nulla!

37 La scoperta della superconduttivita`in Hg (1907) resistenza (Ohm) Con l'elio liquido (4.2K=-273 C) temperatura (K) dal discorso di K. Onnes a Stoccolma

39 Spiegazione della scomparsa della resistenza elettrica. Gli elettroni viaggiano a due a due e domano l'agitazione termica caotica degli ioni. Purtroppo occorre restare al freddo: Hg sotto Tc = 4.2K = -269 C Nb sotto Tc = 9.2 K = -264 C

40 I cuprati: record Tc = 134K = -139 C (HgBa2Ca2Cu3O8) YBa2Cu3O7 Tc = 92 K = -181 C

41 Diamagnetismo (Effetto Meissner-Ochsenfeld) Levitazione

42 Levitazione

43 Maglev Yamanashi Maglev Test Line Superconducting Coil Magnetomotive force 700 x 4 x 2 (ka) x poles x rows Max.speed(km/h) 581(result) Completed year

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