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Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Cariche Radiazioni Flusso di Energia ParticelleRadiazioni Elettromagnetiche Non Cariche.

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Presentazione sul tema: "Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Cariche Radiazioni Flusso di Energia ParticelleRadiazioni Elettromagnetiche Non Cariche."— Transcript della presentazione:

1 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Cariche Radiazioni Flusso di Energia ParticelleRadiazioni Elettromagnetiche Non Cariche

2 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Lenergia cinetica delle particelle può variare da pochi eV a BeV Similmente può variare lenergia delle radiazioni elettromagnetiche Linterazione avviene attraverso il trasferimento di energia

3 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Ionizzazione Specifica: coppie di ioni prodotte per unità di distanza percorsa LET: energia rilasciata per unità di distanza percorsa Range: la distanza percorsa fino ad aver rilasciato sufficiente energia cinetica da non avere più interazioni Questi fattori dipendono dal tipo e dallenergia delle radiazioni e dalle caratteristiche della materia

4 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Particelle Cariche Dovute alle forze di Coulomb piuttosto che a contatto fisico diretto Ionizzazione Eccitazione Atomica (e - orbitale) Eccitazione Molecolare (vibrazione di molecole) Collisioni Molecolari (atomi o parti di atomi rimossi) Bremstrahlung (radiazioni di frenamento)

5 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Particelle Cariche Pesanti (protoni, deuteroni,, atomi ionizzati) viaggiano in linea retta, hanno alto LET e ionizzazione specifica e basso range Leggere (elettroni e positroni) percorso tortuoso, basso LET e ionizzazione specifico e alto range Spesso le interazioni di raggi X e risultano in produzione di e - liberi

6 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Fotoni I raggi X e sono radiazioni elettromagnetiche che trasportano energia nello spazio Alcune delle loro interazioni sono spiegabili con le teorie della propagazione dellonda. Altre assumendo che consistano di pacchetti discreti di energia, con caratteristiche simil-particelle, per la bassa lunghezza donda e lalta frequenza

7 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Fotoni Se un fotone ha almeno 15 keV di energia è capace di ionizzare e si parla di radiazioni ionizzanti I raggi X, e alcuni UV sono radiazioni ionizzanti

8 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Fotoni Attenuazione Quando un fascio di fotoni si riduce di intensità attraversando un materiale si parla di ATTENUAZIONE Completamente assorbito Deflesso

9 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Fotoni Attenuazione Scattering Coerente Assorbimento Fotoelettrico Scattering Compton Produzione di Coppie Fotodisintegrazione

10 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Equazione di Attenuazione Quando un fotone attraversa un mezzo cè una probabilità associata con uno dei 5 processi In genere, questa probabilità è funzione dellenergia del fotone, lo spessore e le caratteristiche del mezzo

11 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Equazione di Attenuazione I 0 = I 0 - I La frazione di fotoni assorbita ( I 0 /I 0 ) è direttamente proporzionale allo spessore del mezzo ( x) I 0 /I 0 = - x : coefficiente di attenuazione lineare (1/d) I = I 0 e - x

12 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Equazione di Attenuazione è la somma di Scattering Coerente Assorbimento fotoelettrico Scattering Compton Produzione di Coppie Fotodisintegrazione e dipende dallenergia del fotone e dalle caratteristiche del mezzo

13 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Equazione di Attenuazione Per semplificare è stato introdotto il concetto di strato emivalente (HVL: half-value layer), definito come lo spessore del mezzo che dimezza il numero di fotoni trasmessi HVL = 0.693

14 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Scattering Coerente (o Classico o di Raleygh) Non viene trasferita energia alatomo e si ha solo cambio di direzione Avviene solo per energie < 50 keV

15 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Assorbimento Fotoelettrico Tutta lenergia del fotone incidente è trasferita ad un e - interno Questo (fotoelettrone) è espulso con E c = E Lassorbimento fotoelettrico avviene solo se lenergia del fotone è superiore allenergia di legame dellelettrone

16 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Assorbimento Fotoelettrico Il posto vuoto lasciato dal fotoelettrone è occupato da un e - esterno, de-eccitazione con emissione di energia sotto forma di X caratteristico o di e - Augér. Lassorbimento fotoelettrico produce una coppia di ioni e radiazione caratteristica Il fotoelettrone ha energia sufficiente a ionizzare altri atomi

17 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Assorbimento Fotoelettrico E una interazione a bassa energia, la cui probabilità decresce rapidamente allaumentare dellenergia La probabilità dipende fortemente dallo Z del messo (proporzionale a Z 4 )

18 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Scattering Compton Un fotone interagisce con un e - debolmente legato. Le - è espulso con un angolo rispetto alla direzione del fotone incidente, ed il fotone stesso è deviato di un angolo Lenergia ceduta al fotone dipende dallangolo di deflessione del fotone.

19 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Scattering Compton E = E + E e E = E / (1+(E /511)(1-cos )) 511 = massa a riposo di e - in keV varia da 0° (no interazione) a 180° (backscatter) Sia che decrescono al crescere dellenergia del fotone incidente

20 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Scattering Compton Anche in questo caso il prodotto finale è una coppia di ioni La probabilità di Scattering Compton è decresce lentamente al crescere dellenergia del fotone incidente ed è direttamente proporzionale al numero atomico (Z) del mezzo

21 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Produzione di Coppie E una interazione a soglia in cui il fotone incidente interagisce principalmente con il forte campo elettrico del nucleo Lenergia è convertita in massa sotto forma di e - + e + Poiché la massa a riposo di un e - è MeV, il fotone deve avere energia pari ad almeno MeV. Lenergia in eccesso è trasferita come energia cinetica

22 Medicina Nucleare Interazioni con la Materia Fotodisintegrazione Quando un fotone ha energia molto alta (7 MeV) ha energia sufficiente a produrre una reazione fotonucleare con espulsione di un nucleone. La probabilità di questo evento è molto bassa


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