2015-16 A01. Radiazioni elettromagnetiche

UNIVERSITA’ POLITECNICA DELLE MARCHE
Facoltà di Medicina e Chirurgia
Corso di Laurea in Tecniche di Radiologia Medica, per
Immagini e Radioterapia
RADIAZIONI
ELETTROMAGNETICHE E
PRODUZIONE DI RAGGI X
A.A. 2015 – 2016
Tecniche di Radiodiagnostica (MED/50)
G. Mazzoni
Radiazioni elettromagnetiche
In Diagnostica per Immagini la
formazione di un’immagine si avvale
di una grandezza fisica chiamata
RADIAZIONE
1
Radiazioni elettromagnetiche
Per Radiazione si intende il trasferimento
in un mezzo (vuoto, aria, acqua, corpo
solido, ecc.) di energia prodotta da parte di
una sorgente
Le radiazioni sono dette:
Corpuscolari, se al trasporto di energia è
associato un trasferimento di materia
Elettromagnetiche, nel caso in cui trasportano solo energia
Radiazioni elettromagnetiche
In Diagnostica per Immagini la quasi
totalità delle immagini viene ottenuta
avvalendosi delle
radiazioni elettromagnetiche
2
Radiazioni elettromagnetiche
MODELLO ONDULATORIO
Sono onde trasversali, prodotte da
variazioni di campi elettrici (E) e campi
magnetici (B) che oscillano su piani
perpendicolari tra di loro ed a loro
volta perpendicolari alla direzione di
propagazione dell’onda stessa
Radiazioni elettromagnetiche
MODELLO ONDULATORIO
Rappresentazione grafica di un’onda elettromagnetica
3
Radiazioni elettromagnetiche
MODELLO ONDULATORIO
Hanno una velocità di propagazione nel
vuoto (c=νλ) pari a 3 x 108 m/sec
Formano, nel loro insieme, il cosiddetto
“ spettro elettromagnetico ” a seconda
della loro λ (dell’ordine di 3.000 m per
le onde radio, fino a 10-14 m per i raggi
cosmici)
Radiazioni elettromagnetiche
MODELLO ONDULATORIO
Consente di descrivere correttamente i
fenomeni di diffrazione e rifrazione delle
radiazioni
elettromagnetiche
con
la
materia
Non riesce a descrivere compiutamente i
fenomeni assorbimento ed emissione delle
radiazioni elettromagnetiche a seguito
della loro interazione con la materia
4
Radiazioni elettromagnetiche
Per descrivere correttamente i
fenomeni di interazione (assorbimento
ed emissione) delle radiazioni
elettromagnetiche con la materia è
stato sviluppato il
MODELLO CORPUSCOLARE
Radiazioni elettromagnetiche
MODELLO CORPUSCOLARE
L ’ energia trasportata da un ’ onda
elettromagnetica è concentrata in
particelle (quanti o fotoni), prive di
massa e senza carica elettrica
L ’ energia trasportata da un quanto è
legata alla frequenza secondo la
relazione:
E = hν
dove h=6,63 x 10-34 J·sec (costante di Plank)
5
Radiazioni elettromagnetiche
DUALISMO ONDA – PARTICELLA
La radiazione elettromagnetica presenta sia una natura ondulatoria che
una natura corpuscolare
I due modelli non sono in antitesi tra
loro, ma complementari
Radiazioni elettromagnetiche
LA SCOPERTA DEI RAGGI X
Avvenne nel 1895, da parte del fisico tedesco
W.C. Roentgen, utilizzando un Tubo di Crookes
in cui veniva effettuato un vuoto parziale e nel
quale veniva applicata una differenza di
potenziale fra due elettrodi, tramite un
generatore di alta tensione
I raggi catodici (elettroni), urtando l ’ anodo,
producevano radiazioni (Raggi X) in grado di
generare luminescenza da parte di un materiale
fluorescente quale li platino-cianuro di bario
6
Radiazioni elettromagnetiche
PROPRIETA’
’ DEI RAGGI X
Origine atomica extranucleare
Elevata frequenza e breve lunghezza d’onda
Ionizzazione dei gas
Elevata capacità di penetrazione nei corpi opachi
con attenuazione differenziata
Propagazione in linea retta
Mancata deflessione da parte di campi elettrici e
magnetici
Capacità di generare luminescenza nelle sostanze
fluorescenti
Capacità di impressionare lastre fotografiche (e
sensibilizzare rilevatori di immagine)
Radiazioni elettromagnetiche
PROPRIETA’
’ DEI RAGGI X
Roentgen riconobbe immediatamente il valore
che la sua scoperta poteva avere per la medicina
Fu il primo ad ottenere ed a
pubblicare
la
prima
immagine per uso medico
ottenuta con i raggi X: la
mano di sua moglie
La scoperta fu considerata
così importante che nel 1901
gli fu assegnato il premio
Nobel per la Fisica
7
Radiazioni elettromagnetiche
PRODUZIONE DEI RAGGI X
I Raggi X sono prodotti dall’impatto degli elettroni
(prodotti dal catodo)
con gli atomi costituenti l’anodo
Rappresentazione schematica di un tubo a Raggi X
Radiazioni elettromagnetiche
PRODUZIONE DEI RAGGI X
Il catodo (elettrodo negativo), costituito
da un filamento, emette elettroni a seguito
di
un
suo
riscaldamento
(effetto
termoionico)
Gli elettroni vengono accelerati da una
differenza di potenziale creata all’interno
dell’ampolla di vetro in cui è stato fatto
preventivamente del vuoto
Gli elettroni incidono sull ’ anodo
(elettrodo
positivo),
costituito
da
materiale pesante, e trasferiscono ad esso
la propria energia cinetica
8
Radiazioni elettromagnetiche
PRODUZIONE DEI RAGGI X
L’interazione degli elettroni accelerati con
la superficie dell ’ anodo genera nello
spazio,
con
distribuzione
pressochè
isotropica, i Raggi X
I Raggi X vengono assorbiti da una cuffia
di piombo, ad eccezione di quelli che
fuoriescono da una piccola finestra
I Raggi X così prodotti costituiscono il
cosiddetto fascio primario che viene
utilizzato per la produzione di immagini in
Diagnostica per Immagini
Radiazioni elettromagnetiche
IL TUBO A RAGGI X (o Tubo Radiogeno)
Parti principali di un moderno tubo a Raggi X
9
Radiazioni elettromagnetiche
10