+ ONDE ELETTROMAGNETICHE UN CAMPO ELETTRICO E’ GENERATO DA CARICHE ELETTRICHE FERME NELLO SPAZIO; corrente campo magnetico 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

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. 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 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 + -

I RAGGI GAMMA I RAGGI X ONDE ELETTROMAGNETICHE LE RADIAZIONI IONIZZANTI I RAGGI GAMMA 4*105 eV< ENERGIA < 4*107 eV SONO ENERGIE CHE SI TROVANO SOLTANTO ALL’INTERNO DEI NUCLEI ATOMICI 10-11 m <  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 RADIODIAGNOSTICA- RADIOTERAPIA

INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA 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

INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA LE RADIAZIONI IONIZZANTI I FOTONI INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA EFFETTO FOTOELETTRICO ( per U.V. , X e ) fotone di “FLUORESCENZA” FOTONE elettrone ATOMO 10 keV< ENERGIA< 100keV DI INTERESSE IN RADIODIAGNOSTICA

INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA 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

INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA LE RADIAZIONI IONIZZANTI I FOTONI INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA EFFETTO COMPTON ( per X) ELETTRONE COMPTON FOTONE INCIDENTE FOTONE DIFFUSO DI INTERESSE IN RADIODIAGNOSTICA e RADIOTERAPIA 100 keV < ENERGIA<  MEV

INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA 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

FORMAZIONE DI COPPIE ( per X e ) INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA I FOTONI LE RADIAZIONI IONIZZANTI ELETTRONE (0.51 MeV) FOTONE INCIDENTE (1.02 MeV) POSITRONE (0.51 MeV) FOTONI ELETTRONE 10 MeV < ENERGIA DI INTERESSE IN RADIOTERAPIA

FORMAZIONE DI COPPIE ( per X e ) INTERAZIONE DEI FOTONI CON LA MATERIA I FOTONI LE RADIAZIONI IONIZZANTI 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”

SPESSORE MEZZO ATTRAVERSATO X COSA SUCCEDE QUANDO I FOTONI ATTRAVERSANO UN MEZZO N= N0 e-x : coefficiente di attenuazione lineare N.FOTONI 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 un livello energetico superiore, si parla di eccitazione dell’atomo fotone Energia eV N=1 N=2 L= 0 L= 1 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

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 liberi Produzione di raggi X Energia persa in prossimità elettrone Energia persa a distanze maggiori