Programma di Fisica delle Radiazioni, aa 2010-2011

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. Corrente elettrica, 
   resistenza, legge di Ohm. Potenza dissipata in una resistenza, effetto 
   Joule. Corrente continua e corrente alternata. Tensione e corrente 
   efficaci. Campo magnetico. Legge di Lorentz. Forza su un filo percorso 
   da corrente. 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.ssa 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)