22
Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività 1 elio giroletti UNIVERSIT UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA DEGLI STUDI DI PAVIA dip. fisica nucleare e teorica dip. fisica nucleare e teorica via bassi 6, 27100 pavia, via bassi 6, 27100 pavia, italy italy tel. 038298.7905 tel. 038298.7905 - [email protected] [email protected] - www.unipv.it/ www.unipv.it/webgiro webgiro RADIAZIONI RADIAZIONI raggi X, atomi e radioattivit raggi X, atomi e radioattività FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONE FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONE elio giroletti, elio giroletti, 2005 2005 corso integrato corso integrato FISICA, STATISTICA e INFORMATICA FISICA, STATISTICA e INFORMATICA disciplina: FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONE disciplina: FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONE classe lauree classe lauree di di INFERMIERISTICA e OSTETRICIA INFERMIERISTICA e OSTETRICIA RADIAZIONI RADIAZIONI FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONE FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONE elio giroletti, elio giroletti, 2005 2005 - cenni storici cenni storici - tubo a raggi x tubo a raggi x - assorbimento raggi x monocromatici assorbimento raggi x monocromatici - immagini radiografiche immagini radiografiche - radioscopia e radiografia radioscopia e radiografia raggi X raggi X lucidi di Domenico Scannicchio, rivisti da Elio Giroletti

RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

  • Upload
    lyxuyen

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

1

eliogiroletti

UNIVERSITUNIVERSITÀÀ DEGLI STUDI DI PAVIADEGLI STUDI DI PAVIAdip. fisica nucleare e teorica dip. fisica nucleare e teorica

via bassi 6, 27100 pavia, via bassi 6, 27100 pavia, italyitalytel. 038298.7905 tel. 038298.7905 -- [email protected] [email protected] -- www.unipv.it/www.unipv.it/webgirowebgiro

RADIAZIONIRADIAZIONIraggi X, atomi e radioattivitraggi X, atomi e radioattivitàà

FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEFISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEelio giroletti, elio giroletti, 20052005

corso integrato corso integrato FISICA, STATISTICA e INFORMATICAFISICA, STATISTICA e INFORMATICA

disciplina: FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONEdisciplina: FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONE

classe laureeclasse laureedidi INFERMIERISTICA e OSTETRICIAINFERMIERISTICA e OSTETRICIA

RADIAZIONIRADIAZIONIraggi X, atomi e radioattivitraggi X, atomi e radioattivitàà

FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEFISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEelio giroletti, elio giroletti, 20052005

-- cenni storici cenni storici -- tubo a raggi x tubo a raggi x -- assorbimento raggi x monocromaticiassorbimento raggi x monocromatici-- immagini radiografiche immagini radiografiche -- radioscopia e radiografia radioscopia e radiografia

raggi Xraggi X

lucidi di Domenico Scannicchio, rivisti da Elio Giroletti

Page 2: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

2

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

Comunicazione di RComunicazione di Rööntgen, 28.12.1895ntgen, 28.12.1895

““...se si tiene la ...se si tiene la mano tra mano tra ll’’apparecchio di apparecchio di scarica e lo schermo scarica e lo schermo si vedono le ossa si vedono le ossa della mano della mano stessa.....stessa.....””

I raggi XI raggi X

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

“Questi raggi sono in grado di impressionare lastre fotografiche e di produrre ionizzazione in aria o altri gas. Sono diversamente assorbiti nel loro passaggio attraverso materiali a diverso numero atomico e densità.”

la scoperta di Rla scoperta di Rööntgenntgen

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

RAGGI XRAGGI X

onde elettromagnetiche

λλ ≈≈ 10 10 ÷÷ 1010––33 ÅÅ

νν ≈≈ 10101717 ÷÷ 10102121 HzHz

E E ≈≈ 10 10 eVeV ÷÷ 200 keV200 keVproduzione

transizione atomica

frenamento elettroni

onda elettromagneticaE

B

x

→λ

Bo

Eo

vel→

Page 3: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

3

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

i raggi Xi raggi X

tubo di Coolidge:tubo di Coolidge:accelera particelle cariche

J.Barò, OSSMA, Unv. Barcellona, 10/99

elettroni accelerati e frenati bruscamente, bremstralhung, in un tubo sottovuoto producono raggi X

1010--33 energia si trasforma in raggi Xenergia si trasforma in raggi X

generatore, kV

tubosotto vuoto

correntecorrente di di elettronielettroni, , mAmA

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

generatoregeneratore, kV, kV

mAmA, , correntecorrenteelettronielettroni

figur

a: J

ohns

, Cu

nnin

gham

, Phy

s of

Rad

iolg

, III

ed.

tubo a raggi X tubo a raggi X -- xx--rayray tubetube

elettroni accelerati e poi frenati bruscamente (bremstralhung) producono raggi X

solo solo ~~1010--33 energia si trasforma in raggi Xenergia si trasforma in raggi X

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

TUBO A RAGGI X

filamento

anticatododi tungsteno

rame

alette diraffreddamento

schermo di tungsteno

schermo catodico

involucrodi vetro

vetrosottile

+

finestra diberillioraggi X

Page 4: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

4

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico Fonte: Uni Pd, Manuale radioprotezione, 2001

Tubo ad anodo rotanteTubo ad anodo rotanterotatingrotating anodeanode tubetube

Fonte: Johns, Cunningham, Phys of Radiolgy, III ed.

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico Fonte: Uni Pd, Manuale radioprotezione, 2001

Spettro a raggi XSpettro a raggi XXX--rayray spectraspectra

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

SPETTRO DI EMISSIONE

spettro di emissione complessivo

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

5

1015

2025

30

conteggi (x 109)I

E

(keV)

∆V tubo a raggi X = 84 kV

Page 5: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

5

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

Tubo a raggi XTubo a raggi X

TRE PARAMETRITRE PARAMETRI• corrente,corrente, mA mA

• lineare con la dose • alta tensione,alta tensione, kVpkVp

• energia e “durezza” del fascio • incrementa anche la dose

• tempo,tempo, ss• lineare con la dose

•• RX RX presenti presenti solo durantesolo durante erogazioneerogazione

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

ASSORBIMENTO RAGGI X (monocromatici)

Io I(x)

x

collimatore

assorbitore

rivelatore

Xraggi

– ∆I∆x = µ I(x)

µ µ == coefficiente di coefficiente di attenuazione lineare attenuazione lineare

[µ] = [L]–1I(x) = Io e – µ x

µµmetallometallo> > µµossoosso> > µµmuscolomuscolo> > µµariaaria

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

Font

e: J

ohns

, Cu

nnin

gham

, Phy

s of

Rad

iolg

, II

I ed

.

immagine radiologicaimmagine radiologica

I(x) = Io e – µ x

a parita paritàà di energia: di energia: µµmetallometallo> > µµossoosso> > µµmuscolomuscolo> > µµariaaria

µµ = = µµ(E, materiale)(E, materiale)

Page 6: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

6

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

pellicola radiografica

RADIOGRAFIAtubo a raggi X

strutturabiologica

diaframmischermo

fluorescentepellicola radiografica

fascio X trasmesso

fascio X incidente

osso

muscolo aria

immagine negativasviluppo della pellicolaradiografia digitale

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

Font

e: N

CRP1

33 -

2002

radioscopiaradioscopiafluoroscopyfluoroscopy

ImageImage intensifierintensifier, IB, IB

RX tubeRX tube

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

RADIOSCOPIAtubo a raggi X

strutturabiologica

diaframmischermofluorescente

vetro al piombo

Osservatore: Osservatore: può stare lontano può stare lontano

fascio X trasmesso

fascio X incidente

ossoariamuscolo

schermo fluorescenteimmagine positivaosservazione visiva direttaimpiego limitato (dosi maggiori) (dosi maggiori)

Page 7: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

7

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

sorgenti sorgenti RxRx fissefisse

Foto: cd-rom Reg.Piemonte, 2000

RADIAZIONIRADIAZIONIraggi X, atomi e radioattivitraggi X, atomi e radioattivitàà

FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEFISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEelio giroletti, elio giroletti, 20052005

- Struttura atomica - Struttura nucleare - Radioattività- Radiazioni ionizzanti - Radioattività naturale

atomi e radioattivitatomi e radioattivitàà

lucidi di Domenico Scannicchio, rivisti da Elio Giroletti

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

struttura struttura delldell’’atomoatomo

267 267 nuclidinuclidi stabilistabili>2500 >2500 nuclidinuclidi radioattiviradioattivi !!!!!!radioattivitradioattivitàà naturale naturale ed ed artificialeartificiale

Page 8: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

8

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico Enciclopedia Rizzoli Larousse, cd-rom, 1998

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

STRUTTURA ATOMICA

atomi 92 elementi naturali

dimensioni ≈ 10–8 cm = Ånucleo (protoni, neutroni) + elettroni

Z = numero atomico A = numero di massa N = numero di neutroni

A = Z + N

peso atomico :riferito all' isotopo 12 del carbonio (12C)

unità di misura S.I.unità di massa atomica (u.m.a.) = dalton

grammo-atomo

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

STRUTTURA ATOMICA

carica elettricacarica elettrica

dimensionedimensione

massamassa

vita mediavita media

elettrone

– e

< 10–18cm(*)

9,07 10–28 g

stabile

(*) limite superiore

protone

+ e

≈10–13cm

1,67 10–24 g

stabile

neutrone

0

≈10–13cm

1,67 10–24 g

≈ 17 min(**)

(**) neutrone libero

massamassa elettroneelettrone ~1/2000 ~1/2000 massamassa protone/neutroneprotone/neutrone!!

Page 9: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

9

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

FORZE NUCLEARI 1

nucleinuclei Z protoni, A – Z = N neutronidimensioni ≈ 10–15 m

forze protone-protone: repulsione coulombiana

F ≈ 14πε

(1,6 10–19 C)2

(10–15 m)2c ≈ 230 N ≈ 23 kgpesoo

attrazione gravitazionale insufficiente:

F ≈ G (1,67 10–27 kg)2

(10–15 m)2 ≈ 2 10–34 N = 10–35 kgpesog

nucleare forte > 23 kgpesonucleare forte > 23 kgpeso

necessaria attrazione necessaria attrazione

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

Caratterizzazione del nuclide

Caratterizzazione del nuclide

Nucleoni, ANeutroni, A-Zprotoni = elettroni, ZSimbolo chimico, X

XAZ

219219Rn, Rn, 220220Rn, Rn, 222222RnRnLL’’isotopo di un dato elemento ha lo stesso numero atomico (Z) isotopo di un dato elemento ha lo stesso numero atomico (Z) ma diverso numero di neutroni nel nucleo e diverso numero di ma diverso numero di neutroni nel nucleo e diverso numero di massa (A). massa (A). Gli isotopi possono o meno essere radioattivi Gli isotopi possono o meno essere radioattivi

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

ISOTOPI E RADIOISOTOPI

elementi: stesso Z diverso numero di neutroni (isotopi)

elemento isotopi Z A N=A–Zabbondanzarelativa (%)

pesoatomico

12C13C1414CC

666

121314

678

98,891,11

tracce12,011

carbonio

ossigeno 16O17O1818OO

888

161718

89

10

99,7590,0370,204

15,9994

potassio 39K4040KK41K

191919

394041

202122

93,1380,0126,800

39,0983

piombo 204Pb206Pb207Pb208Pb

82828282

204206207208

122124125126

1,326,020,752,0

207,19

Page 10: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

10

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

RADIOATTIVITA'

1

isotopo : stesso Z (numero protoni)diverso N (numero neutroni)

nuclei instabili decadimento radioattivoZ < 92 - isotopi stabili

- isotopi instabili (nuclei radioattivi)

Z > 92 - nuclei instabili (nuclei radioattivi)

emissione di radiazioniemissione di radiazioni

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

N = A–Z

10 20 30 40 50 60 70 80 90100

102030405060708090

100110120130140150

o Z

numero di numero di neutronineutroni A = 200

A = 20

A = 50

A = 100

A = 150

U

Pb

Fe

nuclei stabilinuclei stabilinuclei instabili nuclei instabili ⇒⇒emissione di radiazioniemissione di radiazioni

N

numero di protoninumero di protoni

N = Z

RADIOATTIVITÀ

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

decadimento radioattivo decadimento radioattivo

λλ èè costante e caratteristica di ogni radionuclide costante e caratteristica di ogni radionuclide

)(0

0)()( ttetntn −−⋅= λ

dndn

tempo, ttempo, t

1895 1895

tnn ∆⋅⋅=∆− λdtndn ⋅⋅=− λ

dtn

dn⋅−= λ

Page 11: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

11

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

nono2

n(t)

noe

tempo, tT1/2

τo

0,50 n0,37 no

o

ττ= = vita media vita media TT1/21/2=tempo dimezzamento=tempo dimezzamentoλλ = costante di decadimento= costante di decadimentoτ

λ 1)2ln(

2/1

==T

)(0)(

0 0

0)()()( tt

tt

etnetntn −

−− =⋅= λλ

legge del decadimento radioattivo legge del decadimento radioattivo

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

λλ=cost. decadimento =cost. decadimento èè caratteristica di ogni nuclide caratteristica di ogni nuclide

)(0)(

0 0

0)()()( tt

tt

etnetntn −

−− =⋅= λλ

n(t)n(t)

tempo, ttempo, t

λλ33 > λλ22 > λλ11

11

33 22

TT33 < TT22 < TT11

decadimento radioattivo decadimento radioattivo

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

•• attivitattivitàà, , AttAtt: indica la velocit: indica la velocitàà di decadimento di decadimento di un materiale radioattivo, ciodi un materiale radioattivo, cioèè il numero di il numero di atomi che decadono al secondo atomi che decadono al secondo

•• bequerelbequerel (Bq): unit(Bq): unitàà di misura della attivitdi misura della attivitàà, , corrisponde ad una trasformazione nucleare al corrisponde ad una trasformazione nucleare al secondo secondo –– 3,73,7··10101010 bequerel (Bq) = 1 curie (Ci)bequerel (Bq) = 1 curie (Ci)

•• tempo dimezzamento, tempo dimezzamento, TT1/2 1/2 (s): tempo necessario (s): tempo necessario affinchaffinchéé ll’’attivitattivitàà si dimezzi si dimezzi

•• vita media,vita media, ττ (s): tempo medio (s): tempo medio di sopravvivenza del nuclide di sopravvivenza del nuclide

decadimento radioattivo e attivitdecadimento radioattivo e attivitàà

)(0

0)()()( ttetntntAtt −−⋅⋅=⋅= λλλ

)2ln()()()( 2/1TtAtttAtttn ⋅

==λ

Page 12: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

12

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

dadaPe

drol

iPe

drol

i , , M

ilano

Mila

no, 20

03, 20

03

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

decadimento radioattivodecadimento radioattivo

ConsiderazioniConsiderazionitasso di decadimento è costante indipendente dalla “storia” dei nuclei andamento esponenziale

si azzera all’infinito la vita media corrisponde a 1/esi dimezza in un tempo costante

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

decadimento radioattivodecadimento radioattivo

Page 13: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

13

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

RADIAZIONI IONIZZANTI

radiazioni ionizzanti: E > 12 eV (<100 nm)(ionizzazione nella materia attraversata)radiazioni elettromagnetiche

fotoni X e fotoni γE = h ν

radiazioni corpuscolarialfa (nucleo 4He)beta (elettroni e–, positroni e+)protonineutroniioni (nuclei)

E = T = 12 m v2(m ≠ 0)

assorbimentocessione di energia alla

struttura atomica e molecolare del materiale attraversato

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

Interazione radiazione/materia

Ionizzazioni

Eccitazioni atomiche molecolari

ionizzanoionizzanola materia:la materia:

>12 >12 eVeV<100 <100 nmnm

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

Le sorgenti di radiazioni ionizzanti Le sorgenti di radiazioni ionizzanti

naturaliprodotti di consumofallout di bombe atomiche energia nucleareattività industriali medicina: diagnosi e terapiaricerca

Page 14: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

14

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

radiazioni naturali

Fonte: (§) Campos Venuti G, Permattei S, Radon idoors: stato ed evoluzione della normativa, Rapporti ITISAN 98/3, convegno ARIA 96, Roma; (°) UNSCEAR 93; (*) il valore italiano è sottostimato per il Rn220, toron, che è significativo

Dose efficace, HE (mSv/anno) Fonte

O Origine Italiana (§) Mondiale (°)

Radiazione cosmica 0,30 0,39

Radionuclidi nel corpo umano, es. K40 0,23 0,23

Raggi gamma terrestri (in e outdoors) 0,60 0,46

Radon e prodotti di decadimento (*) 2,0 1,3

Totale medio annuale 3,13 2,4

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

radon nei luoghi chiusiradon nei luoghi chiusi

si depositano nei polmoni si depositano nei polmoni

tumore ai polmonitumore ai polmoni

i figli del radoni figli del radonsono radioattivi e sono radioattivi e dispersi in aria dispersi in aria

wwRR=20=20wwTT=0,12 (0,64 10=0,12 (0,64 10--22 SvSv--11))

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

rado

n: c

ome

pene

tra (A) Fessure nel

pavimento di cemento; (B) Intercapedine nelle pareti o mattoni delle paretI, se poggiano sopra i blocchi fondazioni; (C) Fori e fessure nei blocchi di cemento; (D) Giunture fra pareti e pavimenti; (E) Suolo esposto, come in un pozzetto; (F) Tubi raccolta di acqua, se convogliati in pozzo aperto; (G) Giunture tra blocchi; (H) Spazi attorno ai tubi di servizio; (I) Aperture sul top dei blocchi delle pareti; (J) Materiali da costruzione, quali graniti, ecc. (K) Acqua (da pozzi locali o piccole comunità).

Fonte: EPA 88

10°C

20°C

5°C

Rn

Rn

Rn

RnRn

Rn

Rn

Rn

Rn

Rn

Rn

Rn

Page 15: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

15

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

Pro

timS

erv.

Lm

td, 1

989

giorno per giorno

mese per mese

ora per ora

escono di casa

rientrano

si coricano

si svegliano

RADON VARIAZIONI

RADIAZIONIRADIAZIONIraggi X, atomi e radioattivitraggi X, atomi e radioattivitàà

FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEFISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEelio giroletti, elio giroletti, 20052005

-- radiodiagnostica con mezzo di contrasto radiodiagnostica con mezzo di contrasto -- angiografia angiografia -- PET, SPECT PET, SPECT -- risonanza magnetica nuclearerisonanza magnetica nucleare-- il futuro della diagnostica per immagini il futuro della diagnostica per immagini -- considerazioni considerazioni

diagnostica per immaginidiagnostica per immagini

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

AA

VV

, Enc

iclo

pedi

a de

l cor

po u

man

o, c

d-ro

m, 1

997

diagnosticadiagnostica per per immaginiimmagini

Page 16: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

16

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

RADIOGRAFIA CON RADIOGRAFIA CON MEZZO DI CONTRASTOMEZZO DI CONTRASTO

AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

sisisomministrasomministraal al pazientepazientedel del liquidoliquidoopacoopaco aiai

raggiraggi X X checheriempieriempie

ll’’organoorgano dadavisualizzarevisualizzare

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

ANGIOGRAFIAANGIOGRAFIA

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

ANGIOGRAFIA con ANGIOGRAFIA con SOTTRAZIONE IMMAGINESOTTRAZIONE IMMAGINE

L'angiografia a sottrazione digitale (DSA) L'angiografia a sottrazione digitale (DSA) èè ottenuta sottraendo ottenuta sottraendo elettronicamente una radiografia senza mezzo di contrasto da elettronicamente una radiografia senza mezzo di contrasto da radiografie eseguite dopo iniezione del mezzo: si evidenziano coradiografie eseguite dopo iniezione del mezzo: si evidenziano cossììsolo le arterie. Visualizza i vasi cerebrali extra/solo le arterie. Visualizza i vasi cerebrali extra/intracranialiintracraniali e i e i processi arteriosclerotici. processi arteriosclerotici. ÈÈ utile per restringimenti utile per restringimenti (stenosi) multipli e per preparare un intervento di (stenosi) multipli e per preparare un intervento di chirurgia vascolare. Rischio di complicanze chirurgia vascolare. Rischio di complicanze (disfunzione neurologica transitoria o permanente (disfunzione neurologica transitoria o permanente in 1in 1--2% dei casi), perch2% dei casi), perchéé il mezzo di contrasto il mezzo di contrasto iniettato direttamente può causare spasmi iniettato direttamente può causare spasmi vascolari, embolie o reazioni allergiche.vascolari, embolie o reazioni allergiche.

Immagine DSA di un processo arteriosclerotico a Immagine DSA di un processo arteriosclerotico a livello della biforcazione dell'arteria carotide comune.livello della biforcazione dell'arteria carotide comune.

Page 17: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

17

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico Font

e: c

d-ro

m R

egio

ne P

iem

onte

200

0

TACTACtomografiatomografia

assialeassialecomputerizzatacomputerizzata

AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

TACTACtomografia assiale computerizzatatomografia assiale computerizzata

AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

La tomografia assiale computerizzata (TAC) nel La tomografia assiale computerizzata (TAC) nel ‘‘70 ha rivoluzio70 ha rivoluzio--nato la neurologia clinica in quanto ha permesso di visualizzarenato la neurologia clinica in quanto ha permesso di visualizzarecon buona risoluzione le strutture nervose del cranio e della cocon buona risoluzione le strutture nervose del cranio e della co--lonna. lonna. Le dosi impartite possono essere significative.Le dosi impartite possono essere significative. ÈÈindicata in situazioni di emergenza (traumi cranici, diagnosi diindicata in situazioni di emergenza (traumi cranici, diagnosi diemorragie, emorragie, ischemieischemie o tumori, diagnosi nei casi di coma per causa o tumori, diagnosi nei casi di coma per causa sconoscono--sciuta). In tali situazioni (in particolare per la sciuta). In tali situazioni (in particolare per la visualizzazione di emorragie cerebrali) hanno vantaggi rispetto visualizzazione di emorragie cerebrali) hanno vantaggi rispetto alla RM. Con o senza mezzo di contrasto, visualizza i processi alla RM. Con o senza mezzo di contrasto, visualizza i processi infiammatori e i tessuti molto vascolarizzati, come ad es. nel cinfiammatori e i tessuti molto vascolarizzati, come ad es. nel caso aso di tumori.di tumori.

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

TACTACtomografia assiale a spiraletomografia assiale a spirale

AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

Uno sviluppo recente Uno sviluppo recente èè costituito dalla TAC a spirale, che permetcostituito dalla TAC a spirale, che permet--te tempi di esame ancora pite tempi di esame ancora piùù ridotti, una risoluzione migliore e, ridotti, una risoluzione migliore e, con l'uso di un mezzo di contrasto, anche la visualizzazione deicon l'uso di un mezzo di contrasto, anche la visualizzazione deivasi sanguigni del collo e intracerebrali (angiografia TAC, vasi sanguigni del collo e intracerebrali (angiografia TAC, TACTAC a a perfusioneperfusione). ). ApparecchApparecch. TAC sempre pi. TAC sempre piùù sofisticate promettono sofisticate promettono (assieme all'angiografia a risonanza) di essere notevolmente pi(assieme all'angiografia a risonanza) di essere notevolmente piùùrapide e meno invasive rispetto all'angiografiarapide e meno invasive rispetto all'angiografiaa sottrazione digitale, che a sottrazione digitale, che èè oggi l'esame pioggi l'esame piùùcomune per definire i processi arteriosclerotici. comune per definire i processi arteriosclerotici. Sono utili soprattutto per la rapida e completa Sono utili soprattutto per la rapida e completa diagnosi di ictus cerebrale.diagnosi di ictus cerebrale.

Page 18: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

18

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

marcature radioattive marcature radioattive imagingimaging molecolaremolecolare

1) Target 1) Target ⇒⇒bersagliobersaglio ⇒⇒biomarcherbiomarcher (virus, (virus, anticorpoanticorpo, , eccecc.) .) 2) 2) RicercaRicerca del del legantelegante cheche sisi legalega al al bersagliobersaglio3) 3) SulSul legantelegante sisi posizionaposiziona ll’’agenteagente emissivoemissivo: PET, SPECT, RMN : PET, SPECT, RMN

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

DIAGNOSTICA NUCLEAREDIAGNOSTICA NUCLEARE

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

MEDICINA NUCLEAREMEDICINA NUCLEAREsisi iniettanoiniettano molecolemolecole specifichespecifiche, , con con legato un legato un atomoatomo radioattivoradioattivo, e , e cheche sisi concentranoconcentrano neglinegli organiorgani di di interesseinteresse dada cui cui irraggianoirraggiano

Font

e: c

d-ro

m R

egio

ne P

iem

onte

200

0

Page 19: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

19

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

produrreprodurre radiofarmaciradiofarmaci

ciclotrone

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

DOSI e MEDICINA NUCLEAREDOSI e MEDICINA NUCLEARE

> 2010 – 19

0 – 9> 20

10 – 190 – 9> 20

10 – 190 – 9

età, a

Cardiov.

Cervello

Ossa

tipo esame

7,67,6690

20 20 –– 9,19,155-83017,5 17,5 –– 9,89,8

73 73 –– 14148,78,7

11,111,16,36,35,75,79,59,5

Eq. dose eff, mSv

76-1156

37-555962

460790570380

MBq(UNSCEAR Report, 1993)

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

positronpositron emissionemissiontomographytomography, PET, PET

AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

Page 20: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

20

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

positronpositron emissionemissiontomographytomography, PET, PET

AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

La tomografia ad emissione di positroni (PET) usa composti La tomografia ad emissione di positroni (PET) usa composti radioattivi che emettono positroni. Visualizza la regione che radioattivi che emettono positroni. Visualizza la regione che accumula la sonda molecolare ('accumula la sonda molecolare ('tracertracer') impiegata; ad es. con il ') impiegata; ad es. con il glucosio radioattivo, si visualizzano regioni cerebrali che hannglucosio radioattivo, si visualizzano regioni cerebrali che hanno un o un metabolismo particolarmente attivo in un determinato momento metabolismo particolarmente attivo in un determinato momento (fisiologicamente durante l'esecuzione di un particolare compito(fisiologicamente durante l'esecuzione di un particolare compito, o , o patologicamente nel caso di focolai epilettici o tumori) o rilevpatologicamente nel caso di focolai epilettici o tumori) o rileva una a una perdita di attivitperdita di attivitàà legata ad es. a processi legata ad es. a processi neurodegenerativineurodegenerativi come come la malattia di la malattia di AlzheimerAlzheimer. Per l'attivit. Per l'attivitàà cerebrale, la PET viene cerebrale, la PET viene sempre pisempre piùù sostituita dalla RMN funzionale, che ha un potere sostituita dalla RMN funzionale, che ha un potere risolutivo risolutivo temporotemporo--spazialespaziale migliore e non richiede radioattivitmigliore e non richiede radioattivitàà. .

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

single single photonphoton emissionemissiontomographytomography, SPECT, SPECT

AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

La SPECT (tomografia computerizzata a emissione di fotoni La SPECT (tomografia computerizzata a emissione di fotoni singoli) singoli) èè una tecnologia simile alla PET ma piuna tecnologia simile alla PET ma piùù semplice, che usa semplice, che usa composti radioattivi che emettono direttamente radiazioni gamma.composti radioattivi che emettono direttamente radiazioni gamma.Può essere impiegata per visualizzare una riduzione dell'attivitPuò essere impiegata per visualizzare una riduzione dell'attivitààcerebrale causata da malattie cerebrale causata da malattie neurodegenerativeneurodegenerative e per e per confermare la loro diagnosi. Può anche aiutare a evidenziare confermare la loro diagnosi. Può anche aiutare a evidenziare processi di processi di neurodegenerazioneneurodegenerazione focali come le demenze focali come le demenze frontofronto--temporalitemporali. Non . Non èè richiesta comunque nella diagnosi di routine, richiesta comunque nella diagnosi di routine, perchperchéé nella maggior parte dei casi (malattia di nella maggior parte dei casi (malattia di AlzheimerAlzheimer e e demenze demenze cerebrovascolaricerebrovascolari) non aumenta la precisione diagnostica.) non aumenta la precisione diagnostica.

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

DIAGNOSTICA PER IMMAGINIDIAGNOSTICA PER IMMAGINI

BersaglioBersaglioMolecolareMolecolarelocalizzalocalizza la la malattiamalattia o o ilil

tumoretumore

33--5 5 mmmm101022PETPET

101099

33··101077

101099

At/cell. At/cell. (*)(*)

AnatomicoAnatomico

FisiologicoFisiologico

AnatomicoAnatomico

definiscedefiniscedimenzionidimenzioni

buonabuona per la per la morfologiamorfologia

ottimaottima per per definiredefinire le le dimensionidimensioni

OsservazioniOsservazioni

StrutturaStruttura

MeccaMecca--nisminismi

StrutturaStruttura

2 mm2 mmECOECO

0,50,5--1 1 mmmmRMNRMN

0,5 0,5 mmmmCTCT

RisolRisol..

(*) numero di atomi/cellula necessari per visualizzare la patologia

Page 21: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

21

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

DIAGNOSI TUMORIDIAGNOSI TUMORI

molecolaremolecolarestrutturestruttureanatomicheanatomichediagnosidiagnosi

predisposizionepredisposizionegenicagenica

storiastoria del del pazientepazientepredizionepredizione

FuturoFuturoAttualeAttuale

1/3 1/3 delladella popolazionepopolazione umanaumana presentapresenta aberrazioniaberrazioni cromosomichecromosomiche

evoluzioneevoluzionedel del tumoretumore

101000 101033 101066 101099 10101212

mortemorte1g 1g tesstess..formazioneformazione

numeronumero di celluledi cellule

diagnosidiagnosi attualeattualediagnosidiagnosi futurafutura

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

altrealtre indaginiindagini per per immagineimmagine……

•• AngioscopiaAngioscopia:: introduzioneintroduzione di di fibrafibra otticaottica nellenelle arteriearteriemediantemediante un un cateterecatetere

•• TermografiaTermografia:: misuramisura delladella temperaturatemperatura del del tessutotessuto a a maggiormaggior

•• EcografiaEcografia:: analisianalisi di di strutturestrutture mediantemediante ultrasuoniultrasuoni•• SpettroscopiaSpettroscopia allall’’infrarossoinfrarosso:: mediantemediante cateterecatetere vieneviene

introdottaintrodotta unauna sondasonda agliagli infrarossiinfrarossi•• TomografiaTomografia a a coerenzacoerenza otticaottica:: mediantemediante cateterecatetere

vieneviene introdottointrodotto un laser, con la un laser, con la luceluce riflessariflessa sisicostruiscecostruisce ll’’immagineimmagine

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

RADIOTERAPIA FASCIO ESTERNORADIOTERAPIA FASCIO ESTERNO

Page 22: RADIAZIONI - Università di PaviaRadttvt... · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Raggi X, atomi e radioattività

22

CL-INF/OST - FENOMENI ELETTRICI – Equilibrio elettrochimico

www.psi.ch

nuovenuove frontierefrontiere delladella RADIOTERAPIARADIOTERAPIA

RADIAZIONIRADIAZIONIraggi X, atomi e radioattivitraggi X, atomi e radioattivitàà

FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEFISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEelio giroletti, elio giroletti, 20052005

dispense su internetdispense su internetwww.unipv.it/www.unipv.it/webgirowebgiro

elio girolettielio giroletti ..UniversitUniversitàà degli Studi di Pavia degli Studi di Pavia dip. Fisica nucleare e teoricadip. Fisica nucleare e teorica

[email protected]@unipv.it -- 038298.7905038298.7905