Programma di Fisica delle Radiazioni, aa 2018-2019

o)  Cenni alla struttura, dimensione, massa di atomi e nuclei. Interazione 
nucleare forte. Cenni ai concetti di base della meccanica quantistica: 
quantizzazione dell'energia delle onde elettromagnetiche, quantizzazione 
del momento angolare degli elettroni atomici, funzione d'onda e suo 
significato, principio di indeterminazione, equazione di Schroedinger.

   [Kane Sternheim, capp. 26, 27, 28;
    Scannicchio, cap. 19
    Passariello, cap. 1]

o) Cenni ad alcuni concetti di meccanica relativistica: invarianza della 
velocita' della luce, velocita' della luce come massima possibile, 
equivalenza massa-energia, dilatazione dei tempi, contrazione delle 
distanze; fattori beta e gamma relativistici. 

   [Kane Sternhein, cap. 25]

o) Acceleratori di particelle: linac, ciclotrone, sincrotrone.

   [Scannicchio, cap 19.12; per il linac, si veda anche
    http://greglw.blogspot.com/1971_01_01_archive.html [cercare: "How a 
    linear accelerator works"]

o) Generazione di raggi X. Tubo a raggi catodici; radiazione di frenamento 
e spettro continuo; righe caratteristiche. Spettro dei raggi X emessi da 
un tubo per diagnostica. Distribuzione angolare (bersaglio sottile e 
bersaglio spesso). Relazione tra corrente e tensione in un tubo a raggi X, 
effetto di carica spaziale, saturazione. Alimentazione di un tubo a raggi 
X, raddrizzamento, concetto di voltaggio di picco. Raffreddamento 
dell'anodo, anodo rotante. Curva di carico.

    [Scannicchio, cap. 20.8-20.9;
     Passariello: capp. 1, 2, 5, 13;
     Johns Cunningham: cap 2]

o) Struttura del nucleo atomico. Isotopi e isobari. Interazione nucleare 
forte e interazione nucleare debole. Radioattivita'. Decadimenti alfa, 
beta-, beta+, gamma e relativi esempi. Attivita' e sue unita' di misura: 
Becquerel e Curie. Legge del decadimento radioattivo; legame tra semivita 
e vita media. Legame tra attivita' iniziale e numero iniziale di nuclei. 
PET.

   [Scannicchio, capp. 19, 22; 
    Kane Sternheim, cap 30; 
    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;
     adroterapia. Spessore espresso in g/cm2; LET;
(iii)interazione di elettroni e positroni con la materia; radiazione di 
     frenamento; lunghezza di radiazione;
(iv) diffusione multipla;
(v) interazione di fotoni X e gamma 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;
     - sciami elettromagnetici;
(vi) interazione di neutroni con la materia: collisioni elastiche, 
inelastiche, non-elastiche, cattura, spallazione, fissione.

     [Scannicchio: capp. 20, 21; 
      Kane Sternheim: cap. 31; 
      Passariello, cap. 2;
      Greening: cap 2; 
      Johns Cunningham: capp. 5-7]

Basi fisiche della diagnostica con raggi X. Principi fisici della TC 
   
   [Scannicchio, cap. 22.9, 
    Passariello, cap. 10, 28] 

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. Campo di gradiente. Tempi T1, T2; magnetizzazione 
longitudinale e trasversale. FID.
 
     [Scannicchio, cap. 22;
      Passariello, capp. 29,44]
      Si vedano anche:
      http://www.risonanzamagnetica.org
      http://www.federica.unina.it/medicina-e-chirurgia/corso-integrato-di-diagnostica-per-immagini/risonanza-magnetica-nucleare/
      ]

o) Per interazione radiazione-materia, TC e risonanza magnetica, 
si veda anche:

Castellano, De Nunzio, Donativi, "Fisica e Tecnica delle apparecchiature 
biomediche", DeltaEdit

o) 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 Applicata", EMSI (Roma) -- Edizione 2012

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

o) 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)

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)

o) Molti degli argomenti del corso sono trattati nei capitoli 1-8 di 

R.A. Fosbinder, C.A. Kelsey, "L'immagine radiologica", McGraw Hill