Programma di Fisica delle Radiazioni, aa 2009-2010

o) Introduzione:

   Richiami di elettricita' (si veda il programma del corso 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 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: 

    Kane Sternheim: capp: 18, 19, 21, 22;
    Scannicchio: capp. 11, 13;
    Borsa Scannicchio: capp. 11, 13]
   
o)  Legge di Faraday. Onde elettromagnetiche, fotoni. Antenne. 

o)  Cenni ai concetti di base della meccanica quantistica. Cenni alla 
    struttura dell'atomo e del nucleo.

   [Kane Sternheim: capp. 25, 28, 29, 33;
    Borsa Scannichhio: capp. 13, 18;
    Scannicchio: capp. 13, 19;
    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. Relazione tra corrente e tensione in un tubo a raggi 
   X. Alimentazione di un tubo a raggi X, raddrizzamento, concetto di 
   voltaggio di picco. Raffreddamento dell'anodo, anodo rotante. Curva di 
   carico. 
    
    [Scannicchio, cap. 20;
    Borsa Scannicchio: cap 19; 
    Johns Cunningham: cap 2]

   Principi fisici della TC [Scannicchio, cap. 22; Borsa Scannicchio: 
   cap. 20; Zingoni: cap. 17]

o) Struttura del nucleo atomico. Isotopi e isobari. 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 di PET e SPECT.
   
   [Scannicchio, cap. 19, 22; 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 cariche 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; distribuzione angolare dei fotoelettroni K-edge; 
     - effetto Compton: dipendenza della sezione d'urto da energia e
       numero atomico; distribuzione dell'energia degli elettroni diffusi;
       distribuzione angolare di elettroni e fotoni diffusi;
     - creazione di coppie: dipendenza della sezione d'urto da energia e
       numero atomico; distribuzione angolare di elettrone e positrone.
(v)  cenni all'interazione di neutroni con la materia.

     [Scannicchio: capp. 20, 21; 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:
     spin del protone, effetto di un campo magnetico sullo spin; 
     frequenza di Larmor; spin-flip; rilassamento. 
     [Scannicchio, cap. 22; Borsa, Scannicchio: cap. 20; Kane, Sternheim: 
      cap. 32; Passariello, cap 19; Zingoni: cap. 18
      Si vedano anche:
      http://www.risonanzamagnetica.org/edu/safety/bf_fenomeno_risonanza.html
      http://www.federica.unina.it/medicina-e-chirurgia/corso-integrato-di-diagnostica-per-immagini/risonanza-magnetica-nucleare/
      http://www.barbiotech.it/LUCIDI/RM_soscia.ppt ]


Testi disponibili in Biblioteca:

D. Scannicchio, "Fisica Biomedica", EdiSES (Napoli)

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 Dott.sa 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)