ONDE ELETTROMAGNETICHE
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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 ELETTROMAGNETICO CAMPO ELETTROMAGNETICO
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ONDE ELETTROMAGNETICHE. campo elettrico. corrente. +. campo magnetico. UN CAMPO ELETTRICO E’ GENERATO DA CARICHE ELETTRICHE FERME NELLO SPAZIO;. QUANDO ESSE SI MUOVONO, GENERANO UN CAMPO MAGNETICO. QUANDO CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO VARIANO NEL TEMPO - PowerPoint PPT Presentation
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ONDE ELETTROMAGNETICHEONDE ELETTROMAGNETICHE
UN CAMPO ELETTRICO E’ GENERATO DACARICHE ELETTRICHE FERME NELLO SPAZIO;
corrente
campomagnetico
+
campoelettrico
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 ELETTROMAGNETICHEONDE ELETTROMAGNETICHE
Sapendo che le onde elettromagnetichesi 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/ffv: velocitàf: frequenzaT=1/f: periodo
= v/f = (3*108 m/s)/(6*1014Hz)=5*10-7m=500 nm
IntensitàIntensità: l’energia che un’onda trasporta attraverso una superficie A in un intervallo do tempo t: I=E/(A*t) (W/m2)
ONDE ELETTROMAGNETICHEONDE ELETTROMAGNETICHE
I FOTONII FOTONI sono privi di massa privi di massa
e sono caratterizzati da
ENERGIA ENERGIA E=h*E=h*ff
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 minimachiamata ”quanto di luce” o FOTONE
ONDE ELETTROMAGNETICHEONDE ELETTROMAGNETICHE
IL TRASPORTO DI ENERGIA ASSOCIATO
ALLA PROPAGAZIONE DI UN’ONDA ELETTROMAGNETICA
E’ DESCRITTO DAL TERMINE RADIAZIONERADIAZIONE
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 eV12 eV
come linea di demarcazione tra radiazioni ionizzanti e N.I.R.
CAMPO ELETTROMAGNETICOCAMPO 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 IONIZZANTIIONIZZANTI+- +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 ionizzazioneenergia di ionizzazione:
la minima energia necessaria per rimuovere
un elettrone da un atomo
ONDE ELETTROMAGNETICHEONDE 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 ELETTRONICIDEGLI 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 MATERIAINTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I FOTONIFOTONI
QUANDO 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 FOTOELETTRICOEFFETTO FOTOELETTRICO ( per U.V. , X e ( per U.V. , X e ))
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIAINTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I FOTONIFOTONILE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTI
10 keV< ENERGIA< 100keV
FOTONE fotone di “FLUORESCENZA”
elettrone
ATOMO
DI INTERESSE IN RADIODIAGNOSTICA
EFFETTO FOTOELETTRICOEFFETTO FOTOELETTRICO ( per U.V. , X e ( per U.V. , X e ))
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIAINTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I FOTONIFOTONILE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTI
Un fotone, urtando con un atomo, viene assorbito dall’atomoe 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 daun elettrone delle orbite più esterne, che salta ad un livello di energia inferiore e l’energia in eccessoviene emessa sotto forma di fotone detto di “fluorescenza”
La probalilità di emissione dell’elettrone è elevata per i materiali con alto numero atomico
EFFETTO COMPTONEFFETTO COMPTON ( per X) ( per X)
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIAINTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I FOTONIFOTONILE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTI
FOTONE INCIDENTEELETTRONE COMPTON
FOTONE DIFFUSO
100 keV < ENERGIA< MEV
DI INTERESSE IN RADIODIAGNOSTICAe RADIOTERAPIA
EFFETTO COMPTONEFFETTO COMPTON ( per X) ( per X)
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIAINTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I FOTONIFOTONILE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTI
Un fotone cede parte della propria energia ad un elettrone orbitale che ha un’energia di legamemolto minore di quella del fotone incidente (è “LIBERO”)
L’elettrone è emesso dall’atomo e il fotone diffonde
FORMAZIONE DI COPPIEFORMAZIONE DI COPPIE ( per X e ( per X e ))
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIAINTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I FOTONIFOTONILE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTI
10 MeV < ENERGIA DI INTERESSE IN RADIOTERAPIA
FOTONE INCIDENTE (1.02 MeV)
ELETTRONE
POSITRONE (0.51 MeV)
ELETTRONE (0.51 MeV)
FOTONI
FORMAZIONE DI COPPIEFORMAZIONE DI COPPIE ( per X e ( per X e ))
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIAINTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
I I FOTONIFOTONILE RADIAZIONI IONIZZANTIIONIZZANTI
Un fotone, interagendo con il campo coulombiano del nucleo, cede TUTTA la sua energia
sono prodotti un ELETTRONEELETTRONE e un 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 6SPESSORE MEZZO ATTRAVERSATO X
N.FOTONI
N= N0 e-x
:
coefficient
edi 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
IONIZZAZIONEIONIZZAZIONE
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
ELETTRONIELETTRONI
+- +-
ECCITAZIONEECCITAZIONE
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
ELETTRONIELETTRONI
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 FRENAMENTOIL PROCESSO DI FRENAMENTO
Il percorso degli elettroni viene continuamente deflesso
a causa della presenza del campo elettrico
creato dai protoni degli atomi del mezzo
ELETTRONIELETTRONI
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”bremsstrhalung” (frenamento)
(è il fenomeno su cui si basa
la produzione artificiale dei raggi x)
BREMSSTRHALUNGBREMSSTRHALUNGIONIZZAZIONEIONIZZAZIONE
Produzione di raggi XProduzione di raggi X
Energie < 1 MeVEnergie < 1 MeV Energie > 1 MeVEnergie > 1 MeV
ZZ
ELETTRONIELETTRONI
Energia persaEnergia persa
in prossimità elettronein prossimità elettrone
Energia persaEnergia persa
a distanze maggioria distanze maggiori
ZZ22
Produzione di elettroniProduzione di elettroni
liberiliberi
