ONDE ELETTROMAGNETICHE
campo
elettrico
UN CAMPO ELETTRICO E’ GENERATO DA
CARICHE ELETTRICHE FERME NELLO SPAZIO;
+
corrente
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
magnetico
ONDE ELETTROMAGNETICHE
Lunghezza d’onda: =vT= v/f
v: velocità
f: frequenza
T=1/f: periodo
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 ?
= v/f
= (3*108 m/s)/(6*1014Hz)=5*10-7m=500 nm
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
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
I FOTONI
sono privi di massa
e sono caratterizzati da
ENERGIA E=h*f
con h 6,6*10-34 J*s ~ 4*10-15 eV*s
COSTANTE DI PLANCK
ONDE ELETTROMAGNETICHE
IL TRASPORTO DI ENERGIA ASSOCIATO
ALLA PROPAGAZIONE DI UN’ONDA ELETTROMAGNETICA
E’ DESCRITTO DAL TERMINE RADIAZIONE
LE RADIAZIONI SI SUDDIVIDONO IN
IONIZZANTI
E 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
come linea di demarcazione tra radiazioni ionizzanti e N.I.R.
CAMPO ELETTROMAGNETICO
correnti radio micro I.R.
alternate onde onde
visibile
UV
Xe
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
1014
1015
1017
1022 Hz
1011
Ciascun atomo stabile, in funzione del suo numero atomico Z
(e dunque della sua configurazione elettronica)
possiede una determinata energia di ionizzazione:
la minima energia necessaria per rimuovere
un elettrone da un atomo
LE RADIAZIONI sono 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
-
++
ONDE ELETTROMAGNETICHE
LE RADIAZIONI IONIZZANTI
I RAGGI GAMMA
10-11 m < 
4*105 eV< ENERGIA < 4*107 eV
SONO ENERGIE CHE SI TROVANO SOLTANTO
ALL’INTERNO DEI NUCLEI ATOMICI
DI INTERESSE IN MEDICINA NUCLEARE
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
DI INTERESSE IN RADIODIAGNOSTICARADIOTERAPIA
LE RADIAZIONI IONIZZANTI
I FOTONI
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
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 IONIZZANTI
I FOTONI
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
EFFETTO FOTOELETTRICO ( per U.V. , X e )
FOTONE
fotone di
“FLUORESCENZA”
elettrone
ATOMO
10 keV< ENERGIA< 100keV
DI INTERESSE IN
RADIODIAGNOSTICA
LE RADIAZIONI IONIZZANTI
I FOTONI
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
EFFETTO FOTOELETTRICO ( per U.V. , X e )
Un 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
LE RADIAZIONI IONIZZANTI
I FOTONI
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
EFFETTO COMPTON ( per X)
ELETTRONE COMPTON
FOTONE INCIDENTE
FOTONE DIFFUSO
100 keV < ENERGIA<  MEV
DI INTERESSE IN
RADIODIAGNOSTICA
e RADIOTERAPIA
LE RADIAZIONI IONIZZANTI
I FOTONI
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
EFFETTO COMPTON ( per X)
Un 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
LE RADIAZIONI IONIZZANTI
I FOTONI
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
FORMAZIONE DI COPPIE ( per X e )
FOTONE INCIDENTE
(1.02 MeV)
ELETTRONE (0.51 MeV)
POSITRONE (0.51 MeV)
FOTONI
ELETTRONE
10 MeV < ENERGIA
DI INTERESSE IN
RADIOTERAPIA
LE RADIAZIONI IONIZZANTI
I FOTONI
INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA
FORMAZIONE DI COPPIE ( per X e )
Un fotone, interagendo con il campo coulombiano del nucleo,
cede TUTTA la sua energia
sono prodotti un ELETTRONE e un 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”
COSA SUCCEDE QUANDO I FOTONI
ATTRAVERSANO UN MEZZO
N= N0 e-x
:
1
N.FOTONI
0.9
coefficiente
di
attenuazione
lineare
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
1
2
3
4
5
6
SPESSORE MEZZO ATTRAVERSATO X
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
I FOTONI ATTRAVERSANO UN MEZZO
QUANDO UN FOTONE PASSA ATTRAVERSO UN MEZZO
AVVENGONO DELLE INTERAZIONI CHE IMPLICANO
L’EMISSIONE DI
ELETTRONI
COME SI COMPORTANO GLI ELETTRONI NEL MEZZO?
IONIZZAZIONE
ELETTRONI
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
-
+
ECCITAZIONE
ELETTRONI
Quando ad un atomo è ceduta energia sufficiente
soltanto per passare dallo stato fondamentale ad
fotone
un livello energetico superiore,
si parla di eccitazione dell’atomo
Energia eV
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 X
L= 0
N=2
N=1
L= 1
IL PROCESSO DI FRENAMENTO
ELETTRONI
Il percorso degli elettroni viene continuamente deflesso
a causa della presenza del campo elettrico
creato dai protoni degli atomi del mezzo
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)
(è il fenomeno su cui si basa
la produzione artificiale dei raggi x)
ELETTRONI
Energie < 1 MeV
Energie > 1 MeV
IONIZZAZIONE
BREMSSTRHALUNG
 Z
 Z2
Produzione di elettroni
Produzione di raggi X
liberi
Energia persa
Energia persa
in prossimità elettrone
a distanze maggiori