Tomografia a Risonanza Magnetica Nucleare (MRI) e Superconduttori

Presentazione sul tema: "Tomografia a Risonanza Magnetica Nucleare (MRI) e Superconduttori"— Transcript della presentazione:

1 Tomografia a Risonanza Magnetica Nucleare (MRI) e Superconduttori

2 Prima di tutto facciamo un salto a Harvard per farci un’idea delle potenzialità della MRI

3 Joe ci spiega la tomografia
Joseph Hornak

4 Bussole, campi magnetici e correnti La precessione
MRI in una parola Bussole, campi magnetici e correnti La precessione Come rivelare un nucleo che ruota La Tomografia con la Risonanza Magnetica (MRI) *** Intervallo con visita *** I superconduttori per la MRI ... ma anche per ridurre la bolletta Enel ... e per la levitazione Bussola e magnete

5 La corrente che passa per un filo devia l'ago della bussola
L'ago e' un piccolo magnete La corrente produce un campo magnetico B intorno a se` L'ago si allinea lungo il campo magnetico B S N

6 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)

7 Per ottenere B intensi: 1) Materiali magnetici
Riassunto: i campi magnetici sono l'effetto di correnti Per ottenere B intensi: 1) Materiali magnetici Bmax ~ 2T ~ volte Bterra oppure 2) correnti elevatissime e molte spire Linee di forza

8 Cosa e` il campo magnetico?
le curve immaginarie (linee di forza) lungo cui si allineano gli aghi magnetici delle bussole limatura come piccoli aghetti

9 Aghi sempre piu` piccoli
N N la limatura di ferro N aghi femtoscopici: lo spin dei nuclei dell'atomo di idrogeno (i protoni, 1H) S trottola

10 La precessione, ovvero non sempre gli aghi si allineano

11 La precessione, ovvero non sempre gli aghi si allineano
Trottola: il momento angolare precede attorno a g protoni (1H): lo spin precede attorno a B

12 La frequenza di precessione e` regolata dal campo magnetico
Precessione di Larmor

13 Legge di Faraday B bobine di ricezione

14 La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):
cosa si osserva? un voxel

15 La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):
cosa si osserva? cellule

16 La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):
cosa si osserva? acqua

17 La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):
cosa si osserva? molecole di H2O

18 La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):
cosa si osserva? molecola di H2O H nucleo di 1H (protone)

19 irraggiandoli inizialmente con onde radio
NMR (e MRI) c) occorre farli danzare a tempo irraggiandoli inizialmente con onde radio + + + a) b) magnete spin nucleari d) induzione di un segnale alla frequenza

20 Magnete e bobine di ricezione
Come si fa ad osservare una sola fetta del cervello di Joe? La radiofrequenza fa danzare a tempo solo quella

21 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

22 Se il campo B cresce in una direzione
i punti precedono a frequenze diverse

23 Se B cresce così ma se in esperimenti successivi B cresce in diverse direzioni

24 Rielaborando l’informazione
si puo` ricostruire l'immagine

25 Il corpo umano (per parti)

26 Sempre piu` piccolo, con B=8T:
Un polso < > 5cm Una fettina < > mm!

27 Ricostruzioni tridimensionali

28 I polmoni che respirano gas ultrapolarizzato

29 Perche` i superconduttori?
per produrre B=10T (circa volte il campo della terra) A di corrente in fili di rame: 5 MW di potenza dissipata (resistenza), pari al consumo delle abitazioni di una citta`come Fidenza Superconduttore: se la resistenza e` nulla, la potenza dissipata e`nulla!

30 La scoperta della superconduttivita`in Hg (1907)
Con l'elio liquido (4.2K=-273 C) dal discorso di K. Onnes a Stoccolma

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32 Spiegazione della scomparsa della resistenza elettrica.
Gli elettroni viaggiano a due a due e domano l'agitazione termica caotica degli ioni. Purtroppo occorre restare al freddo: Hg sotto Tc = 4.2K Nb sotto Tc = 9.2 K

33 I ceramici Tc = 134K = -139 C (HgBa2Ca2Cu3O8)

34 Diamagnetismo (Effetto Meissner-Ochsenfeld)
In alcuni casi, l’effetto puo’ essere cosi’ forte da generare una forza repulsiva tale da controbilanciare il peso del magnete -> levitazione

35 Levitazione

36 Superconducting Coil Magnetomotive force x 4 x 2 (kA) x poles x rows Max.speed(km/h) (result) Completed year Maglev Yamanashi Maglev Test Line