Programma di Fisica delle Radiazioni, aa 2007-2008

o) Introduzione:

   Richiami di elettricita' (si vedano i programmi del corso di Fisica e
   di quello di Misure Elettriche):
   
   Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico, linee di campo.
   Energia potenziale elettrostatica. Potenziale elettrico. Elettronvolt.
   Relazione tra campo e differenza di potenziale. Dipolo elettrico; 
   momento di dipolo elettrico; comportamento di un dipolo elettrico in 
   un campo elettrico. Conduttori e isolanti. Capacita' elettrica; 
   condensatori. Corrente elettrica, resistenza, legge di Ohm. Potenza
   dissipata in una resistenza, effetto Joule. Corrente continua e in 
   corrente alternata. Tensione e corrente efficaci. Campo magnetico. 
   Legge di Lorentz. Forza su un filo percorso da corrente. Legge di 
   Biot-Savart. Campo generato da un filo rettilineo. Campo generato da 
   una spira circolare. Solenoide. Dipolo magnetico, momento di dipolo 
   magnetico. Comportamento di dipolo magnetico un un campo magnetico. 
   Materiali magnetici; calamite e bussole. 

   [E' sufficiente un testo di fisica delle scuole superiori o quello
    usato per il corso di Fisica del I semestre, oppure, per
    esempio: 
   
    Borsa Scannicchio: capp. 11, 13;
    Kane Sternheim: capp: 18, 19, 21, 22]
   
   Onde elettromagnetiche, fotoni. Cenni alla struttura dell'atomo e del
   nucleo. 

   [Kane Sternheim: capp. 25, 28, 29, 33;
    Borsa Scannichhio: capp: 13, 18;
    Passariello cap 1]

o) Cenni ad alcuni concetti di meccanica relativistica: costanza della 
   velocita' della luce in tutti i sistemi di riferimento, velocita' 
   della luce come massima possibile, equivalenza massa-energia, 
   dilatazione dei tempi, contrazione delle distanze.
   
   [Kane Sternhein, cap 27]

o) Generazione di raggi X. Tubo a raggi catodici; radiazione di frenamento
   e spettro continuo; righe caratteristiche. Distribuzione angolare per
   bersaglio sottile. Alimentazione di un tubo a raggi X, raddrizzamento, 
   concetto di voltaggio di picco. Raffreddamento dell'anodo, anodo 
   rotante.
   [Borsa Scannicchio: cap 19; Johns Cunningham: cap 2]

   Principi fisici della TAC [Borsa Scannicchio: cap. 20; Zingoni:
   cap. 17]

   
o) Struttura del nucleo atomico. Isobari e isotopi. Interazione nucleare  
   forte e interazione nucleare debole. Radioattivita'. Decadimenti 
   alfa, beta-, beta+, gamma e relativi esempi. Legge del decadimento 
   radioattivo; legame tra semivita e vita media. Attivita' e sue unita' di 
   misura: Becquerel e Curie. Legame tra attivita' iniziale e numero
   iniziale di nuclei. Principi fisici della PET.
   
   [Borsa, Scannicchio: capp 18, 20; Kane Sternheim: cap 33; Johns, 
   Cunningham: cap 3]

o) Interazione radiazione-materia:
(i)  concetto di sezione d'urto
(ii) interazione di particelle pesanti (protoni, nuclei) con la materia;  
     potere frenante;  formula di Bethe-Bloch; range; picco di Bragg. 
     Spessore espresso in g/cm2. 
(iii)interazione di elettroni e positroni con la materia; radiazione di 
     frenamento; lunghezza di radiazione; energia critica.
(iv) interazione di fotoni con la materia: 
     - coefficiente lineare di assorbimento; 
     - effetto fotoelettrico: dipendenza della sezione d'urto da energia e 
       numero atomico; K-edge; 
     - effetto Compton: dipendenza della sezione d'urto da energia e
       numero atomico; distribuzione dell'energia degli elettroni diffusi;
     - creazione di coppie: dipendenza della sezione d'urto da energia e
       numero atomico

     [Borsa, Scannicchio: capp. 18, 19; Kane, Sternheim: cap. 34; 
      Zingoni: cap. 5; Coggle: Cap. 1; Amaldi, capp. 8-11; 
      Greening: cap 2; Pelliccioni: capp. 2-3; Johns, Cunningham: capp 
      5-7; Passariello, cap. 2]

o)   Principi fisici alla base della risonanza magnetica nucleare:
     effetto di un campo magnetico su una spira percorsa da corrente; 
     momento di dipolo magnetico; spin; frequenza di Larmor; spin-flip;    
     rilassamento.
     [Borsa, Scannicchio: cap. 20; Kane, Sternheim: cap. 32; 
      Passariello, cap 19; Zingoni: cap. 18]

Testi disponibili in Biblioteca:

F. Borsa, D. Scannicchio, "Fisica con applicazioni in biologia e 
medicina", Edizioni Unicopli (Milano)

J. Kane, M. Sternheim, "Fisica Biomedica", EMSI (Roma)

J.E. Coggle, "Effetti biologici delle radiazioni", Minerva Medica

E. Zingoni, F. Tognazzi, A. Zingoni, Fisica bio-medica, Zanichelli
(Bologna) -- NB questo testo da' per noti i fondamenti della materia e si
concentra sulle applicazioni della fisica alla medicina, che vengono
discusse con poche formule ma con un certo dettaglio.

Testi piu' avanzati (disponibili presso la Sig.ra Camerone):

U. Amaldi, "Fisica delle Radiazioni", Boringhieri (Torino) 
Si vedano in particolare i capitoli 7-11.

R. Passariello, Radiologia - Elementi di tecnologia, Idelson-Gnocchi 
(2005)

M. Pelliccioni, "Fondamenti Fisici della Radioprotezione", Pitagora 
Editrice (Bologna). Si vedano in particolare i capitoli 2-6.

J.R. Greening, "Fundamentals of Radiation Dosimetry", Taylor & Francis

H.E. Johns, J.R. Cunningham, "The Physics of Radiology", C. C. Thomas
Publisher (Springfield Illinois USA, 1983)