Lezione5
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Le onde S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.1 LE ONDE Fenomeni ondulatori Periodo e frequenza Lunghezza d’onda e velocità Legge di propagazione Energia trasportata Onde meccaniche: il suono Onde elettromagnetiche Velocità della luce Spettro elettromagnetico Energia dell’onda elettromagnetica S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.2 Fenomeni ondulatori suono Oscillazioni meccaniche mare corda che vibra molla → Oscillazioni elettromagnetiche → B → Eo E onda elettromagnetica → → v Bo λ S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale → x pag.3 Fenomeni Ondulatori S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.4 Onde trasversali e longitudinali trasversali vibrazione propagazione esempio : onda lungo una corda longitudinali vibrazione propagazione esempio : onda di percussione in un solido S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.5 Velocità di propagazione S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.6 Esempio S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.7 Periodo e frequenza S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.8 Parametri di un’onda S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.9 Propagazione di un’onda S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.10 Legge di propagazione delle onde Ogni onda si propaga con una propria velocita’ costante Lunghezza d’onda λ = minima distanza dopo la quale il fenomeno riprende la stessa configurazione = distanza percorsa in un periodo (unita’ di misura: metro). Lunghezza d’onda e frequenza sono direttamente proporzionali: il loro prodotto e’ la velocita’ S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.11 Oscillazioni smorzate e forzate S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.12 Intensita’ di un’onda Intensità = energia trasportata nell'unità di tempo attraverso l’unita’ di superficie E I = ∆t⋅⋅S joule watt = unità di misura: s⋅⋅ m2 m2 onda sferica: S=4π πr2 S L’energia é costante (cons.energia) S L’intensità diminuisce con il quadrato della distanza r 2r S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.13 Onde elettromagnetiche → → Onda elettromagnetica: E Eo → B “vibrazione” del campo elettrico e del campo magnetico in direzione perpendicolare a entrambi → v → Bo λ → → E → x Una carica elettrica in moto emette o assorbe onde elettromagnetiche quando soggetta ad accelerazione Eo → B → Bo T S.Moretto t Non serve materia: i campi si propagano anche nel vuoto! Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.14 Velocita’ della luce Le onde elettromagnetiche si propagano anche nel vuoto secondo la consueta legge: λν = v La loro velocità nel vuoto è sempre c = 3•108 m/s (= 300000 km/s) E’ la velocità della luce ma anche di tutte le altre onde elettromagnetiche. E’ la massima velocità raggiungibile in natura. Nei mezzi materiali la velocità è c/n (<c). S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.15 Onde elettromagnetiche S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.16 Spettro elettromagnetico (fermi) λ (m) 10–12 10–14 RAGGI GAMMA (Hz) 1022 GeV 109 1020 MeV 106 λν = c S.Moretto 10–10 RAGGI X ν (µm) (Å) (nm) 10–8 10–6 1016 keV 103 10–4 10–2 INFRA-ROSSO MICRO ONDE 1014 1012 VISIBILE 1010 ULTRA-VIOLETTO 1018 (mm) (cm) E colori 102 1 λ(m) ONDE RADIO 108 106 ν (Hz) 3 108 Hz (eV) E = hν ν λ 400 Radiazioni 500 Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale 600 700(nm) pag.17 Sensibilitò dell’occhio umano S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.18 Ottica elettromagnetica • Le onde luminose sono di natura elettromagnetica: esse costituiscono una piccola porzione dello spettro elettromagnetico di lunghezza compresa fra 400 e 700 nanometri, delimitato da infrarosso e ultravioletto. • Nella trattazione ondulatoria dell'ottica la lunghezza d'onda della luce esprime la distanza fra due punti successivi nei quali la perturbazione ondosa assume nello stesso istante il medesimo valore. • nello spettro elettromagnetico le lunghezze d'onda più alte (corrispondenti a frequenze inferiori a 30 Hz), superano i 10000 km S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.19 Riflessione Quando un raggio luminoso viene riflesso da una superficie piana, l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione e i due angoli sono complanari i S.Moretto r Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.20 Rifrazione Quando i raggi luminosi passano da un mezzo ad un altro, l’angolo di rifrazione (r) non è uguale all’angolo di incidenza (i), ma vale: sen(i) / sen(r) = n1 2 ove n1 2 è l’indice di rifrazione del secondo mezzo rispetto al primo. Vale anche che sen(i) / sen(r) = n1 2 = v1 / v2 i r S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.21 Dispersione della luce La luce bianca è composta di radiazioni di diversa lunghezza d’onda le quali, attraversando un mezzo (prisma, goccia d’acqua, ...) sono rifratte ad angoli diversi. Il fenomeno è noto come dispersione della luce ed è caratterizzato da angoli di deviazioni piccoli per radiazioni di frequenza piccola (grande lunghezza d’onda) e grande deviazione per radiazione di frequenza grande i aria rosso vetro violetto S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.22 θ S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.23 Arcobaleno Nell’arco primario il raggio viene prima rifratto all’interfaccia aria-acqua dipendentemente dalla sua lunghezza d’onda, poi riflesso totalmente, e rifratto nuovamente prima di arrivare all’osservatore. L’angolo di deviazione (180o-θ) dipende dalla lunghezza d’onda e varia tra 138o per la luce rossa (θ=42o) e 140o per quella violetta (θ=40o) Quindi abbiamo il colore rosso all’esterno e violetto all’interno! Per l’arcobaleno secondario invece ho due riflessioni totali e i colori risultano invertiti! S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.24 Sulla natura della luce S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.25 Natura corpuscolare della radiazione S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.26 Natura della radiazione elettromagnetica S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.27 Ottica quantistica: interazione dell’energia con la materia • Effetto fotoelettrico: lamina Vengono emessi elettroni che possono essere convogliati verso un anodo non fotosensibile Anodo l’energia luminosa eccita gli elettroni in modo che guadagnino energia suff. per lasciare la superficie del fotocatodo. Luce incidente L’energia degli elettroni può essere misurata invertendo la polarità dell’anodo (tornano all’anodo) Il potenziale per il quale la corrente si annulla dà una misura dell’energia Il potenziale è indipendente dall’intensità e varia solo con la frequenza -> energia trasportata da quanti E = h ν S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.28 Effetto Compton Prova della correttezza del concetto di fotone venne da Compton, che misurò la diffusione dei raggi X per opera di elettroni liberi. Secondo la teoria classica quando un’onda elettromagnetica di frequenza ν1 incide su un materiale questa emetterà onde elettromagnetiche con la stessa frequenza ν1. Invece se si considera l’urto tra fotone ed elettrone come un processo di diffusione, l’elettrone rinculerebbe assorbendo energia ed il fotone diffuso avrebbe meno energia! S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.29 Effetto Compton λ2 – λ1 = h / mc (1 – cosθ) θ angolo di diffusione del fotone Quindi la variazione di lunghezza d’onda è indipendente dalla lunghezza d’onda iniziale ma dipende solo dalla massa dell’elettrone h/mc (lunghezza d’onda Compton) =2.43 10-12 m = 2.43 pm S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.30 Quanto di energia elettromagnetica: fotone → → campo elettromagnetico : E , B teoria dei quanti quanti di energia elettromagnetica(fotoni) E = h ν –34 J s h = 6.6 10 costante di Planck 14 s–1 ν = 5 10 λ = 600 nm (visibile : luce gialla) E = h ν = 6.6 10–34 J s 5 1014 s–1 = 3.3 10–19 J = 3.3 10–19 1.6 J = 2 eV = 1.6 10–19 J eV–1 S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.31 Quanto di energia elettromagnetica: fotone S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.32 Energia dell’onda elettromagnetica Le onde elettromagnetiche trasportano energia sotto forma di “particelle di luce” dette fotoni, emessi o assorbiti in transizioni atomiche o molecolari. L’energia è proporzionale alla frequenza: E = hν ν con h = 6.6•10-34 J•s (costante di Planck). hc = 1240 eV nm Nella luce visibile l’emissione o l’assorbimento dei fotoni determina il colore dei corpi: bianco = emissione di tutte le frequenze visibili nero = assorbimento di tutte le frequenze visibili Es. Luce gialla: λ = 600 nm ν = c/λ = (3•108 m/s)/(6•10-7 m) = 0.5•1015 Hz = 5•1014 Hz E = hν = (6.6•10-34 J•s)(5•1014 Hz) = 3.3 •10-19 J = 2 eV S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.33 Esercizi: Problema1: Si calcoli l’energia dei fotoni della luce di lunghezza d’onda 400nm (violetto) e quella della luce di 700nm. Emin=1.8 eV Emax=3 eV Problema2: Si trovi l’energia di un fotone corrispondente alla radiazione elettromagnetica nella banda delle radioonde FM (frequency modulation: modulazione di frequenza)di lunghezza d’onda 3m ( 4.13 10-7 eV) S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.34 Elettron-volt L'unità di misura "eV" si legge elettron-volt ed è tipicamente usate per misurare le energie implicate nella fisica atomica. La definizione di eV è la seguente: 1 eV è l'energia acquistata da un elettrone che percorre una distanza di 1 metro in un campo elettrico generato da una differenza di potenziale di 1 volt. 1 eV = 1.6 10-19 J S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.35 Differenze tra suono ed onde elettromagnetiche • L’energia sonora viene trasmessa da un punto ad un altro mediante vibrazioni delle molecole del mezzo interposto. Ciò implica che le onde sonore non possono propagarsi in vuoto, mentre le onde luminose si! • Il suono consiste di un trasferimento di energia meccanica, mentre la luce di energia elettromagnetica • le onde luminose sono vibrazioni trasversali, mentre quelle sonore in un gas sono vibrazioni longitudinali. • la velocità del suono cresce passando dall’aria all’acqua, mentre per le onde luminose è vero l’inverso. La velocità del suono in aria è circa 330 ms-1 mentre nell’acqua è circa 1500 ms-1. S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.36 Suono suono : vibrazione meccanica delle particelle di un mezzo materiale (gas, liquido, solido) punto di equilibrio molecola in moto A fluidi : x(t) spostamenti delle particelle addensamenti e rarefazioni compressioni e dilatazioni onda di pressione che si propaga S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.37 Suono onda sonora : vibrazione meccanica percepibile dal senso dell'udito (orecchio) sensibilità orecchio umano 20 Hz < ν < 2 104 Hz infrasuoni v=λν varia = 344 m s–1 vH2O = 1450 m s–1 S.Moretto ultrasuoni 17.2 m < λ < 1.72 cm 72.5 m < λ < 7.25 cm Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.38 Caratteristiche fisiche delle onde sonore • Altezza è determinata dalla frequenza • maggiore è il numero di vibrazioni al secondo della sorgente sonora maggiore risulterà l’altezza della nota (in musica il raddoppio della frequenza di una nota eleva la sua altezza di un’ottava!) • L’intensità è una misura dell’energia che investe l’unità di area della superficie del ricevitore nell’unità di tempo. L’unità di misura è Wm-2. • Il timbro corrisponde alla complessità della forma d’onda prodotta dalla sorgente. S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.39 Decibel Il livello di intensità di un’onda sonora è definito dall’equazione: B = log10 I/I0 ove I0 è un’intensità di riferimento di solito è la soglia dell’udibilità pari a 1012 Wm-2 Il livello di intensità è adimensionale e las ua unità di misura è il Bel (B). In pratica l’unità di 0.1B, o decibel, è usata più frequentemente. La soglia dell’udibile va da 0 dB a 120dB! S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.40 Il suono S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.41 Suono (II) S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.42 LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN MEDICINA Spettro elettromagnetico Radiazioni termiche: microonde infrarossi Radiazioni ionizzanti: ultravioletti raggi X raggi gamma S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.43 Radiazioni termiche Irraggiamento termico Q intensità I = ∆t ∆S I(λ λ) cal/(s•m2) oppure W/m2 LEGGI DELL'EMISSIONE TERMICA I ∝ T4 (W/m2) legge di Stefan legge di Wien visibile λmax ∝ 1/T (cm) 4000°K 3000°K 2000°K 0 1 2 3 µm λ Sono radiazioni termiche: microonde, infrarossi S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.44 Microonde Frequenza: 300 MHz < ν < 300 GHz Energia: 10–6eV < E=hν ν < 10–3eV non ionizzanti effetti : calore (diatermia) Riscaldamento di regioni limitate e profonde in corpi ricchi di acqua. Uso in terapia: artriti, borsiti, strappi muscolari. Esposizione limite per l’uomo: I = 10 mW/cm2 (1/10 della massima potenza radiante solare assorbita) S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.45 Infrarossi intensità relativa 0.7 µm < λ < 20 µm MEDICINA vicino IR visibile vicino I.R. 10 3000°K 5 1200°K Sole λ (µ µm) 0 0.5 1.0 1.5 effetto termico fotografia I.R. S.Moretto lontano IR emissione termica (Sole) 2.0 penetrazione λ ≈ 0.7 µm ∆x ≈ 10 cm λ > 1.4 µm ∆x < 1 mm immagine termica (termografia) Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.46 Radiazioni ionizzanti Ionizzare un atomo = togliergli uno o più elettroni rendendolo ione. Si distrugge così la struttura chimica del materiale. Per togliere (=allontanare) elettroni bisogna compiere un lavoro, cioè fornire energia. Energia minima di ionizzazione: E = 13.6 eV (potenziale di ionizzazione atomo idrogeno) Di fatto si considerano ionizzanti le radiazioni con E>100 eV. All’aumentare dell’energia, gli elettroni estratti ricevono energia cinetica e possono ionizzare “a catena” altri atomi. Sono radiazioni ionizzanti: ultravioletti, raggi X, raggi gamma (solo UVC) S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.47 Ultravioletti Produzione UV naturale: Sole artificiale: lampade UV Assorbimento UV Si distinguono in: UVA: λ = 400-315 nm UVB: λ = 315-280 nm UVC: λ = 280-100 nm (ionizzanti) Effetti chimico-biologici: in alta atmosfera: eccitazione atomi e molecole dissociazione legame C-C (4 eV) ozono (O3) – inclinazione raggi nubi - inquinamento benefici... materiali: vetro opaco acqua trasparente (penetrazione alcuni cm) S.Moretto abbronzatura - sintesi vitamina D azione battericida ... o malefici eritemi - lesioni oculari tumori alla pelle Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.48 Radiazioni ad alta energia raggi X produzione artificiale tubo a raggi X raggi γ produzione naturale emissione γ da decadimento nuclei instabili (radionuclidi) produzione artificiale acceleratori di particelle S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.49 Diffrazione a raggi X L’informazione che può essere ottenuta dall’esame di un materiale dipende da quanto è fine la sonda utilizzata. La lunghezza d’onda dei raggi X si trova nella regione attorno a 0.1nm Le analisi con i raggi X sono limitate a strutture che si ripetono con regolarità in quanto è tramite l’interferenza costruttiva di raggi X diffusi da molte strutture identiche che si può ottenere una nitida figura di diffrazione. (unità di riflessione per i raggi X i piani degli atomi) S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.50 Descrizione di una semplice macchina a raggi X Tutte le macchine a raggi X hanno in comune tre parti: 1. un generatore di raggi X 2. un monocromatore per fornire radiazione di una certa banda di lunghezza d’onda 3. dispositivo fotografico per registrare le figure di diffrazione S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.51 Descrizione di una semplice macchina a raggi X Nel generatore di raggi X gli elettroni vengono accelerati mediante campi elettrici elevati e vanno a colpire un bersaglio metallico (di solito Cu)con velocità elevata. Si produce cosi uno spettro continuo dovuto al frenamento degli elettroni più alcune righe specifiche per l’emissione di elettroni dalle orbite più interne Il monocromatore è costituito da un cristallo in modo che i raggi incidenti e il cristallo formino angoli costanti lungo tutto il cristallo. Scegliendo opportunamente tale angolo si focalizzano sulla pellicola raggi X focalizzati I raggi X entrano nella camera contenente il campione che diffrange la radiazione e la pellicola che ne registra la figura. S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.52 Raggi X: generatore TUBO A RAGGI X generatore di corrente raggi X catodo K + F filamento vuoto anodo A trasformatore diodo generatore di alta tensione rete S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.53 Raggi X: assorbimento intensità trasmessa (%) I I(x) I(x+∆ ∆x) X, γ 100 Io 75 e 50 ASSORBIMENTO ESPONENZIALE 25 0 S.Moretto x=µ spessore x Radiazioni ∆x I = Io e x –µ µx coefficiente di attenuazione o di assorbimento Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.54 Immagine radiologica diversa opacità delle strutture biologiche (diverso coefficiente di assorbimento) µ radioscopia radiografia xeroradiografia radiografia digitale (con e senza mezzo di contrasto) (cm–1) 5 2 1 0.5 0.2 0.1 0.05 0.02 ossa (d = 1.8 g cm–3 ) muscoli (d = 1.0 g cm–3 ) grasso (d = 0.9 g cm–3 ) polmoni (d = 0.3 g cm–3 ) 50 S.Moretto E 100 Radiazioni (keV) Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.55 Radiografia tubo a raggi X fascio X incidente muscolo aria osso struttura biologica fascio X trasmesso diaframmi schermo fluorescente pellicola radiografica immagine negativa sviluppo della pellicola radiografia digitale S.Moretto pellicola radiografica Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.56 Parametri per la radiografia contrasto radiologico parametri : ∆V i ∆t S.Moretto potenziale elettrico intensità di corrente tempo di esposizione 45 kV ÷ 130 kV 3 mA ÷ 50 mA 1/60" ÷ 1/120" Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.57 Raggi gamma: impiego diagnostico radiodiagnostica radioisotopi immagine S.Moretto radiofarmaci diffusione nell'organismo decadimento radioattivo rivelazione radiazione conteggio dosimetrico Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.58 Raggi gamma: impiego terapeutico γ (1.3 MeV) fasci di elettroni(acceleratori di particelle) fasci gamma (acceleratori di particelle) cobaltoterapia 60Co adroterapia (acceleratori di particelle) protoni neutroni (BNCT) ioni pesanti Boron Neutron Capture Therapy S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.59 Spettro elettromagnetico: produzione S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.60 SPETTRO ELETTROMAGNETICO : produzione λ (m)–14 10 RAGGI GAMMA ν (Hz) 1022 10–12 10–10 RAGGI X 1020 10–8 10–6 ULTRA-VIOLETTO 1018 10–4 INFRA-ROSSO 1016 1014 VISIBILE tubo raggi X 1012 10–2 102 1 MICRO ONDE 1010 λ(m) ONDE RADIO 108 ν 106 (Hz) radiazione termica transizioni nucleari circuiti oscillanti e acceleratori transizioni atomiche laser Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche P.Montagna dic.02 Radiazioni pag .61 S.Moretto Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale Corso di Fisica Medica Le radiazioni elettromagnetiche in Medicina pag. 61 SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego λ (m)–14 10 RAGGI GAMMA ν (Hz) 1022 10–12 10–10 RAGGI X 1020 1018 10–8 10–6 ULTRA-VIOLETTO INFRA-ROSSO 1016 1014 VISIBILE diagnostica (RX , CT) 10–4 1012 terapia 10–2 MICRO ONDE 1010 102 1 λ(m) ONDE RADIO 108 ν 106 (Hz) diagnostica (RM) diagnostica (PET, SPET) diagnostica (IR e visibile) terapia Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche P.Montagna dic.02 Radiazioni pag .62 S.Moretto Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale Corso di Fisica Medica Le radiazioni elettromagnetiche in Medicina pag. 62 SPETTRO ELETTROMAGNETICO : rivelazione λ (m)–14 10 RAGGI GAMMA ν (Hz) 1022 10–12 10–10 RAGGI X 1020 10–8 10–6 ULTRA-VIOLETTO 1018 10–4 INFRA-ROSSO 1016 1014 VISIBILE 1012 10–2 102 1 MICRO ONDE 1010 λ(m) ONDE RADIO 108 ν 106 (Hz) occhio umano emulsione fotografica (+ schermi) rivelatori di ionizzazione stato solido , NaI induzione elm antenna sistemi CCD Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche P.Montagna dic.02 Radiazioni pag .63 S.Moretto Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale Corso di Fisica Medica Le radiazioni elettromagnetiche in Medicina pag. 63 Ultrasuoni Onde sonore con frequenza > 2x104 Hz -> ultrasuoni Si possono ottenere ultrasuoni con frequenze fino al GHz λ=0.3 um in aria e λ= 1.5 um in acqua Si comportano come raggi sonori che si propagano in linea retta. Per applicazioni mediche si usano intensità da 10-4 a 10 W/cm2 e frequenza massima cira 1 MHz L’intensità si attenua con legge esponenziale I = I0 exp(-α x) Dove α coefficiente di assorbimento che varia da materiale a materiale ed è proporzionale alla frequenza. S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.64 Ultrasuoni Il principio della diagnostica a ultrasuoni (pipistrelli): un breve impulso di ultrasuoni viene emesso da un trasduttore e con un certo tempo di ritardo si ottiene un’eco al ricevitore Le deformazioni indotte da campi elettrici ad alta frequenza generano onde sonore ad alte frequenza(trasduttore). Attraverso il processo inverso, lo stesso materiale produce un campo elettrico per deformazione -> nelle applicazione mediche trasduttore è lo stesso materiale del ricevitore S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.65 Ecografia Tecnica basata sulla riflessione da parte di interfacce tra mezzi diversi attraversati da ultrasuoni. Frequenze tipiche 1-15 MHz Vengono emessi brevi impulsi della durata ciascuno di 1-5 us circa 200 volte al secondo. Caratteristiche: • Il tessuto osseo assorbe 10 volte di più dei tessuti molli che a loro volta assorbono 10 volte più dei fluidi corporei (sangue, urina..) la vescica piena si comporta da “finestra acustica” per l’esame delle strutture vicine. • La velocità del suono nell’aria è minore che nei tessuti allora problemi di interferenza. vengono minimizzati usando gel tra trasduttore e pelle (conduttore del suono) • le ecografie dei polmoni e apparato digerente non sono facilmente eseguibili esattamente per le perdite di energia ultrasonora S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.66 Parametri dell’ecografia • Risoluzione assiale o longitudinale: è la capacità di distinguere due oggetti lungo la direzione di propagazione dell’onda Non possono essere risolti oggetto con dimensioni inferiori alla lunghezza d’onda: per frequenza 1-15 MHz varia tra 1.5 -0.1 mm Anche la lunghezza dell’impulso limita la risoluzione assiale: impulsi di lunga durata impediscono di rivelare interfacce molto vicine. • Risoluzione laterale: capacità di distinguere oggetti giacenti sun una linea ortogonale alla direzione di propagazione. Dipende dalle dimensioni trasverse del fascio: dipende dalla focalizzazione, dal trasduttore. • Attenuazione • Divergenza: il fascio non può essere considerato come formato da raggi paralleli oltre una certa distanza xmax S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.67 Magnetismo Magnetismo di grande importanza nei moderni strumenti per indagare un ampio spettro di fenomeni biologici e medici (risonanza magnetica) Barra magnetizzata si comporta come fosse asimettrica: due polarità Nord Sud Quando i poli uguali vengono avvicinati si ha repulsione (attrazione se diversi) Si dice che intorno alla calamita si produce un campo magnetico che modifica in qualche modo lo spazio attorno E interagirà con un altro magnete allorché questo è messo in presenza dell’altro e ne risulterà una forza attrattiva o repulsiva S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.68 Correnti elettriche e Campi Magnetici I campi magnetici vengono anche prodotti dal passaggio di correnti attraverso conduttori Se due correnti fluiscono in senso concorde su due fili vicini esiste una forza attrattiva tra due fili: AMPERE è l’intensità di corrente che, passando in due conduttori indefinitivamente lunghi e paralleli posti alla distanza di 1 m, nel vuoto, generano la forza di 2 10-7 Nm-1 COULOMB: carica trasportata dalla corrente di un ampere al secondo S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.69 Campi Magnetici La forza che un campo magnetico genera su un filo conduttore percorso da corrente F=ILxB ove B campo magnetico L lunghezza del filo I intensità di corrente Quando un filo conduttore è eprcorso da corrente è avvolta a formare un elica (solenoide)si produce un intenso campo magnetico lungo l’asse del solenoide B0= µ0 N I/ l permeabilità magnetica del vuoto = 4 π 10-7 T A-1 m-1 N numero di spire I corrente l tratto di solenoide Se all’interno del solenoide inseriamo un altro materiale ferromagnetico il campo aumenta B = µB0 ( µ per il ferro vale 5000) S.Moretto Radiazioni Corso Integrato Fisica Medica – Igiene Dentale pag.70
