Tomografia a Risonanza e superconduttori MagneticaPerche` i superconduttori? per produrre B=10T...
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Tomografia a Risonanza Magnetica e superconduttori
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Tomografia a Risonanza Magnetica
e superconduttori
Dai magneti e le loro applicazioni allarisonanza magnetica per uso medico
Una delle prime bussole: descritta nel 1040 nel Wu Ching Tsung Yao, un trattato di tecniche militari
La prima applicazione del magnetismo: la bussola
Altoparlante (o microfono)
How spealers work
Altoparlante (o microfono)
How spealers work
● Magneti permanenti
Magnetite
10 cm
Ferrite
NdFeB
...GRANATI
● Registrazione magnetica: la spina dorsale della rivoluzione elettronica
Oersted + Ampere
UN FATTO: La corrente che passa per un filo devia l'ago della bussola
L'ago e' un piccolo magnete
SPIEGAZIONE: La corrente I produce un campo magnetico B intorno a se`
L'ago si allinea lungo il campo magnetico B
N
S
I magneti (B) esercitano una forza sulle correnti
Le correnti esercitano una forza sugli aghi magnetici
Anche il campo del magnete e` dovuto a microcorrenti:quelle degli atomi (ad esempio del ferro)
Riassunto: i campi magnetici sonol'effetto di correnti
Per ottenere B intensi: 1) Materiali magneticiB
max ~ 2T ~ 30000 volte B
terra
oppure 2) correnti elevatissimee molte spire
Linee di forza
Cosa e` il campo magnetico?
le curve immaginarie (linee di forza) lungo cui si allineanogli aghi magnetici delle bussole
limatura come piccoli aghetti
Aghi sempre piu` piccoli
la limatura di ferro
aghi femtoscopici:lo spin dei nuclei dell'atomo di idrogeno (i protoni, 1H)
NN
S
N
S
trottola
La precessione, ovvero non sempre gli aghi si allineano
Trottola: il momento angolareprecede attorno a g
protoni (1H):lo spin precede attorno a B
La frequenza di precessione e` regolata dal campo magnetico
=B
Precessione di Larmor
Legge di Faraday
B
bobine di ricezione
NMR (e MRI)
+
+
+ a) b)magnete spin nucleari
c)occorre
farli danzare a tempoirraggiandoli inizialmente
con onde radio
d)induzione di un segnalealla frequenza =B
Magnete e bobine di ricezione
Uno strumento medico moderno
Per vedere cosa e` la MRI andiamo a Harvard
Mozilla
http://www.med.harvard.edu/AANLIB/cases/caseNA/pb9.htm
Per vedere cosa e` la MRI andiamo a Harvard
Mozilla
http://www.med.harvard.edu/AANLIB/cases/caseNA/pb9.htm
Joe P. Hornak http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri
Joe ci spiega la tomografia
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):cosa si osserva?
un voxel
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):cosa si osserva?
cellule
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):cosa si osserva?
acqua
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):cosa si osserva?
molecole di H2O
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):cosa si osserva?
molecola di H2O
H
nucleo di 1H (protone)
Come si fa ad osservare una sola fetta del cervello di Joe?
La radiofrequenza fa danzare a tempo solo quella
Come si ottiene la tomografia dentro la fetta?
Immaginiamo che l'idrogeno sia concentrato in tre soli punti
L'intensita` del segnale NMR e` proporzionale al numero di nuclei di 1H
Se mettiamo la testa di Joe in uno strumento NMR
frequenza di Larmor
Se il campo B cresce in una direzione
i tre punti precedono a frequenze diverse =B
Se B cresce così
ma se in esperimentisuccessivi B cresce in diverse direzioni
Rielaborando l'informazione
si puo` ricostruire l'immagine
Il corpo umano (per parti)
Un polso <-------> 5cm
Una fettina <--------------> 0.1 mm!
Sempre piu` piccolo, con B=8T:
Ricostruzioni tridimensionali
I polmoni che respirano gas Xenon ultrapolarizzato
Perche` i superconduttori?
per produrre B=10T (circa 140 000 volte il campo della terracirca 140 000 volte il campo della terra)
30 000 A di corrente
Superconduttore:se la resistenza e` nulla, la potenza dissipata e`nulla!
in fili di rame: 5 MW di potenza dissipata (resistenza),pari al consumo delle abitazioni di una citta`come Fidenza
La scoperta della superconduttivita`in Hg (1907)
Con l'elio liquido (4.2K=-273 C)
dal discorso di K. Onnes a Stoccolma
resi
sten
za (O
hm)
temperatura (K)
Purtroppo occorre restare al freddo:Hg sotto T
c = 4.2K = -269 C
Nb sotto Tc = 9.2 K = -264 C
Spiegazione della scomparsa della resistenza elettrica.Gli elettroni viaggiano a due a due e domano l'agitazione termica caotica degli ioni.
I cuprati:
record Tc = 134K = -139 C
(HgBa2Ca
2Cu
3O
8)
YBa2Cu3O7 Tc = 92 K = -181 C
Diamagnetismo (Effetto Meissner-Ochsenfeld)
Levitazione
Levitazione
Maglev Superconducting Coil
Magnetomotive force 700 x 4 x 2
(kA) x poles x rows
Max.speed(km/h) 581(result)
Completed year 1996-2002
Yamanashi Maglev Test Line
