ONDE ELETTROMAGNETICHE ONDE ELETTROMAGNETICHE
UN CAMPO ELETTRICO E’ GENERATO DA CARICHE ELETTRICHE FERME NELLO SPAZIO;
corrente
campo
magnetico
+
campo elettrico
QUANDO ESSE SI MUOVONO,
GENERANO UN CAMPO MAGNETICO
QUANDO CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO VARIANO NEL TEMPO
LA LORO COESISTENZA DA’ ORIGINE AD UN CAMPO ELETTROMAGNETICOCAMPO ELETTROMAGNETICO
ONDE ELETTROMAGNETICHE ONDE ELETTROMAGNETICHE
Sapendo che le onde elettromagnetiche
si propagano con la velocità della luce di 3*108 m/s , che lunghezza d’onda ha un’onda luminosa verde
di frequenza f =6*1014 Hz ? Lunghezza d’onda:
Lunghezza d’onda:
=vT= v/ =vT= v/ f f
v: velocità f: frequenza T=1/f: periodo
= v/f = (3*108 m/s)/(6*1014Hz)=5*10-7m=500 nm Intensità
Intensità: l’energia che un’onda trasporta attraverso
una superficie A in un intervallo do tempo t: I=E/(A*t) (W/m2)
ONDE ELETTROMAGNETICHE ONDE ELETTROMAGNETICHE
I FOTONI I FOTONI
sono privi di massa privi di massa
e sono caratterizzati da ENERGIA
ENERGIA
E=h* E=h* f f
con h 6,6*10-34 J*s ~ 4*10-15 eV*s
COSTANTE DI PLANCK Planck scoprì che l’energia di un’onda elettromagnetica non può avere un valore qualsiasi,
ma è un multiplo intero di un’energia minima chiamata ”quanto di luce” o FOTONE
ONDE ELETTROMAGNETICHE ONDE ELETTROMAGNETICHE
IL TRASPORTO DI ENERGIA ASSOCIATO
ALLA PROPAGAZIONE DI UN’ONDA ELETTROMAGNETICA E’ DESCRITTO DAL TERMINE
RADIAZIONE RADIAZIONE
LE RADIAZIONI SI SUDDIVIDONO IN IONIZZANTI IONIZZANTI
E NON IONIZZANTI ( N.I.R.) NON IONIZZANTI ( N.I.R.)
Ciò che differenzia la radiazione ionizzante da quella non ionizzante è l’energia
normalmente si considera un valore di circa
12 eV 12 eV
come linea di demarcazione tra radiazioni ionizzanti e N.I.R.
CAMPO ELETTROMAGNETICO CAMPO ELETTROMAGNETICO
correnti radio micro I.R. visibile UV X e alternate onde onde
10-12 10-8 10-4 10-1 100 102 107 eV 105 10-1 10-3 10-6 10-7 10-9 10-14 m 103 107 1011 1014 1015 1017 1022 Hz
LE RADIAZIONI sono IONIZZANTI IONIZZANTI
- + +
se, interagendo con un atomo,
- ++
sono in grado di spezzare
il legame tra un elettrone e ill nucleo dell’atomo e creare una coppia di ioni, uno negativo,
l’elettrone libero, e uno positivo, cioè l’atomo privo di elettrone
Ciascun atomo stabile, in funzione del suo numero atomico Z (e dunque della sua configurazione elettronica)
possiede una determinata energia di ionizzazione:energia di ionizzazione la minima energia necessaria per rimuovere
un elettrone da un atomo
ONDE ELETTROMAGNETICHE ONDE ELETTROMAGNETICHE
I RAGGI X I RAGGI X
4*102 eV< ENERGIA < 4*106 eV 10-10< < 10-12 m SONO ENERGIE CHE RIGUARDANO
LE TRANSIZIONI TRA I LIVELLI ELETTRONICI DEGLI ATOMI
LE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTI
DI INTERESSE IN MEDICINA NUCLEARE
DI INTERESSE IN RADIODIAGNOSTICA- RADIOTERAPIA
I RAGGI GAMMA I RAGGI GAMMA
4*105 eV< ENERGIA < 4*107 eV
SONO ENERGIE CHE SI TROVANO SOLTANTO ALL’INTERNO DEI NUCLEI ATOMICI
10-11 m <
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I
FOTONIFOTONIQUANDO UN FOTONE ATTRAVERSA UN MEZZO, INTERAGISCE IN MODI DIVERSI, A SECONDA DI:
•ENERGIA
•NATURA DEL MEZZO ( NUMERO ATOMICO)
TIPI DI INTERAZIONI DI INTERESSE IN RADIODIAGNOSTICA E IN RADIOTERAPIA LE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTI
EFFETTO FOTOELETTRICO
EFFETTO FOTOELETTRICO ( per U.V. , X e ( per U.V. , X e ) )
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I
FOTONIFOTONI LE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTI10 keV< ENERGIA< 100keV
FOTONE fotone di
“FLUORESCENZA”
elettrone ATOMO
DI INTERESSE IN
RADIODIAGNOSTICA
EFFETTO FOTOELETTRICO
EFFETTO FOTOELETTRICO ( per U.V. , X e ( per U.V. , X e ) ) INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I
FOTONIFOTONI LE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTIUn fotone, urtando con un atomo, viene assorbito dall’atomo e TUTTA la sua energia è ceduta ad un elettrone legato,
generalmente delle orbite più interne,
che si “libera “dall’atomo con una certa energia cinetica.
La “lacuna” che si è creata viene riempita da
un elettrone delle orbite più esterne, che salta
ad un livello di energia inferiore e l’energia in eccesso
viene emessa sotto forma di fotone detto di “fluorescenza”
La probalilità di emissione dell’elettrone è elevata per i materiali con alto numero atomico
EFFETTO COMPTON
EFFETTO COMPTON ( per X) ( per X)
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I
FOTONIFOTONI LE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTIFOTONE INCIDENTE
ELETTRONE COMPTON
FOTONE DIFFUSO
100 keV < ENERGIA< MEV
DI INTERESSE IN
RADIODIAGNOSTICA e RADIOTERAPIA
EFFETTO COMPTON
EFFETTO COMPTON ( per X) ( per X)
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I
FOTONIFOTONI LE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTIUn fotone cede parte della propria energia ad un elettrone orbitale che ha un’energia di legame
molto minore di quella del fotone incidente (è “LIBERO”)
L’elettrone è emesso dall’atomo e il fotone diffonde
FORMAZIONE DI COPPIE
FORMAZIONE DI COPPIE ( per X e ( per X e ) )
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I
FOTONIFOTONI LE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTI10 MeV < ENERGIA DI INTERESSE IN RADIOTERAPIA FOTONE INCIDENTE
(1.02 MeV)
ELETTRONE POSITRONE (0.51 MeV)
ELETTRONE (0.51 MeV)
FOTONI
FORMAZIONE DI COPPIE
FORMAZIONE DI COPPIE ( per X e ( per X e ) )
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I
FOTONIFOTONI LE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTIUn fotone, interagendo con il campo coulombiano del nucleo, cede TUTTA la sua energia
sono prodotti un ELETTRONE e un ELETTRONE POSITRONE POSITRONE
(elettrone con carica positiva)
Al termine del suo percorso nel mezzo,
il positrone si combina con un elettrone “libero”,
dando origine a 2 FOTONI “DI ANNICHILAZIONE”FOTONI “DI ANNICHILAZIONE”
COSA SUCCEDE QUANDO I FOTONI ATTRAVERSANO UN MEZZO
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0 1 2 3 4 5 6
SPESSORE MEZZO ATTRAVERSATO X N.FOTONI
N= N0 e-x
:
coefficiente di attenuazione lineare
COSA SUCCEDE QUANDO I FOTONI ATTRAVERSANO UN MEZZO
LA FRAZIONE DI FOTONI CHE
NON VIENE FERMATA NEL MEZZO DIPENDE
1) DALL’ENERGIA DEI FOTONI
2) DAL NUMERO ATOMICO DEL MEZZO 3) DALLO SPESSORE DEL MEZZO
COSA SUCCEDE QUANDO COSA SUCCEDE QUANDO
I FOTONI ATTRAVERSANO UN MEZZOI FOTONI ATTRAVERSANO UN MEZZO
QUANDO UN FOTONE PASSA ATTRAVERSO UN MEZZO AVVENGONO DELLE INTERAZIONI CHE IMPLICANO
L’EMISSIONE DI
COME SI COMPORTANO GLI ELETTRONI NEL MEZZO?
ELETTRONI
IONIZZAZIONE IONIZZAZIONE
Quando un elettrone, interagendo con un atomo,
- +
è in grado di spezzare
il legame tra un elettrone e ill nucleo dell’atomo e creare una coppia di ioni, uno negativo,
l’elettrone libero, e uno positivo, cioè l’atomo privo di elettrone
ELETTRONI ELETTRONI
- + +
-
ECCITAZIONE ECCITAZIONE
Quando ad un atomo è ceduta energia sufficiente soltanto per passare dallo stato fondamentale ad un livello energetico superiore,
si parla di eccitazione dell’atomo
ELETTRONI ELETTRONI
in seguito a tale processo, l’atomo tende poi
a tornare allo stato fondamentale e la differenza di energia tra
il livello fondamentale e quello di eccitazione
viene riemessa sotto forma di raggi Xraggi X
Energia eV
N=1 N=2
L= 0 L= 1
fotone
IL PROCESSO DI FRENAMENTO IL PROCESSO DI FRENAMENTO
Il percorso degli elettroni viene continuamente deflesso a causa della presenza del campo elettrico
creato dai protoni degli atomi del mezzo
ELETTRONI ELETTRONI
In base alle leggi della fisica, gli elettroni accelerano e dunque perdono energia
sotto forma di raggi x detti “di frenamento”.
Questo processo è chiamato
“ “bremsstrhalung” (frenamento)bremsstrhalung”
(è il fenomeno su cui si basa
la produzione artificiale dei raggi x)
