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Fisica statistica ed informatica - Radiazioni Ionizzanti Appunti scolastici Premium

Appunti di Fisica statistica ed informatica - Radiazioni Ionizzanti. Nello specifico gli argomenti trattati sono i seguenti: Particelle, Fotoni, Il nucleo atomico, Difetto di massa ed energia di legame, Fissione Fusione Decadimento radioattivo,... Vedi di più

Esame di Fisica statistica ed informatica docente Prof. G. Vermiglio

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ESTRATTO DOCUMENTO

EMISSIONE DI ENERGIA

 = W – W

i j

W

j Emissione di un fotone di

fluorescenza

W

i E

c

W

j Emissione di un elettrone

Auger

W

i E = (W – W ) – W

c i j x

W

x

RADIAZIONI IONIZZANTI

Direttamente ionizzanti: particelle cariche (elettroni,

protoni, particelle, etc.) la cui energia cinetica è

sufficiente per produrre ionizzazione per collisione

Indirettamente ionizzanti: fotoni, particelle prive di carica

elettrica (neutroni) che, interagendo con la materia, possono

mettere in moto particelle direttamente ionizzanti o dar

luogo a reazioni nucleari

INTERAZIONI ELETTRONI-MATERIA

Interazioni fra particelle cariche: forza elettrostatica

(Coulomb)

1. Interazioni con gli elettroni atomici (collisioni)

2. Interazioni con i nuclei atomici (frenamento)

1. L’elettrone incidente perde la sua energia cinetica

soprattutto tramite numerosi piccoli trasferimenti di energia

(rare le grosse perdite): ionizzazioni, eccitazioni,

trasferimenti termici

2. Emissione di fotoni di frenamento

PARTICELLE CARICHE PESANTI

Interazioni per collisione

In seguito ad ionizzazioni ed eccitazioni: effetti biologici

Densità lineare di ionizzazione più elevata per le particelle

più pesanti rispetto agli elettroni

Efficacia biologica maggiore

Fattore di qualità

Particelle cariche: percorso finito nella materia

Particelle cariche pesanti: percorso più definito e, a parità

di energia, più breve rispetto a quello degli elettroni

PARTICELLE CARICHE

Percorsi finiti – esempi

 da 5 MeV

in aria in tessuto in alluminio

3.5 cm 0.021 cm 0.0021 cm

 da 1 MeV

in aria in tessuto in alluminio

420 cm 0.5 cm 0.15 cm

PARTICELLE CARICHE

RAGGI X

Produzione

• sorgente di elettroni

effetto

(effetto Joule termoionico)

• sistema per accelerare gli elettroni prodotti

(elevata d.d.p)

• materiale (ad alto Z) con cui far interagire gli

elettroni veloci

Frenamento degli elettroni che interagiscono

con i nuclei + collisioni con gli elettroni atomici

 Raggi X

Necessario:

• produrre fasci RX di diversa qualità e di

diversa intensità, utilizzando lo stesso tubo

• alimentazione variabile della sorgente di

elettroni

• anticatodo sempre positivo rispetto al

catodo

• smaltimento del calore prodotto

EFFICIENZA PRODUZIONE RX

Tensione % Calore % Energia RX

60 kV 99.5 0.5

200 kV 99 1.0

4 MV 60. 40.

20 MV 30. 70.

Schema di un impianto auto-rettificante

SISTEMA DI RADDRIZZAMENTO

per avere anticatodo sempre positivo rispetto al catodo

con ddp il più possibile costante:

Per dissipare il calore prodotto:

TUBO AD ANODO ROTANTE

TUBO AD ANODO FISSO

LO SPETTRO RX

Spettri teorici per diversi valori di ddp:

LO SPETTRO RX

spettro effettivo in uscita da un tubo RX:

INTERAZIONI DEI NEUTRONI

Le interazioni dei neutroni sono fondamentalmente diverse da

quelle dei fotoni e da quelle delle particelle cariche:

• interazioni su base probabilistica

non hanno carica

• elevata probabilità di raggiungere i nuclei atomici

provocando reazioni nucleari

Reazione nucleare provocata da neutrone: si forma un

nucleo composto in uno stato eccitato. Il nucleo composto

rimane nello stato eccitato per un tempo molto breve, poi

rilascia l’energia in eccesso emettendo una o più particelle.

Il caso più probabile è la riemissione di un neutrone.

INTERAZIONI DEI NEUTRONI

Per ogni dato nucleo composto in uno stato eccitato,

parecchie differenti reazioni nucleari sono possibili. La

probabilità di osservare l’una o l’altra dipende dall’energia

dei neutroni e dalla natura dei bersagli

• diffusione elastica (n,n)

• diffusione inelastica (n,n), (n,n), (n,2n)

• cattura radiativa (n,)

• emissione di particelle cariche (n,p), etc.

• fissione (n,f)

• spallazione (n,sciame)

INTERAZIONI DEI FOTONI

Raggi X di origine atomica

Raggi di origine nucleare

• non hanno né massa né carica

• interazione su base probabilistica

Interazioni con: Per energie elevate

 possono avvenire

atomi reazioni nucleari

 elettroni atomici esempio: (,n)

 nuclei atomici

INTERAZIONI DEI FOTONI

No fotoni primari N < No fotoni

incidenti primari trasmessi

Energia trasmessa

Mat. = N Eo

(Z,) Energia diffusa Es

Energia totale Fotoni diffusi

= No Eo DIFFUSIONE

ASSORBIMENTO: Ea=NoEo-NEo-Es  

 x   

 E , Z ,

N ( x ) N e

ATTENUAZIONE: o

FOTONI

SPESSORE DI DIMEZZAMENTO

in tessuto in piombo

10 keV 0.131 cm 0.00076cm

100 keV 4.05 cm 0.012 cm

1 MeV 9.8 cm 0.89 cm

DOSE ASSORBITA

Quando un mezzo biologico viene esposto in un campo di

radiazioni ionizzanti, diviene sede di una serie di processi

originati dal trasferimento di energia dalle particelle

ionizzanti al mezzo EFFETTO BIOLOGICO

Dose assorbita D = Energia/Massa

Unità di misura: 1Gy = 1J/kg

Elettroni, messi in moto dai

fotoni, responsabili della dose

assorbita

IL NUCLEO ATOMICO

Modello del nucleo a nucleoni

Dato un cero elemento, numero atomico Z

Nucleo formato da Z protoni + N neutroni

A = Z + N numero di massa

Z caratterizza l’elemento

A caratterizza l’isotopo

Massa del neutrone circa 0.1% maggiore della massa del

protone ENERGIA DI LEGAME

Problema delle forze tra nucleoni

M massa di un nuclide

M < Z m + N m

P N

2

E = m c ENERGIA DI LEGAME -

 M = DIFETTO DI MASSA = Z m + N m M

P N

ENERGIA DI LEGAME

  2

 

Zm Nm M c

P N  Energia di legame per nucleone

A

1 u.m.a 1.66 x 10-27 kg 931 MeV

12

C

1 u.m.a = 1/12 massa 6

Energia di legame per nucleone, fatta eccezione per i nuclei

più leggeri: 8 MeV

ENERGIA DI LEGAME

M Zm +Nm +Zm En.leg./nucl.

P N e

(u.m.a.) (MeV)

(u.m.a.)

2 2.0141 2.0165 1.1

H

1

4 He 4.0026 4.0330 7.1

2

12 12.0000 12.0989 7.7

C

6

13 13.0034 13.1078 7.5

C

6

56 55.9349 56.4633 8.8

Fe

26

238

U 238.0508 239.9845 7.6

92 ENERGIA DI LEGAME

STABILITA’/INSTABILITA’ DEI NUCLEI

L’andamento dell’energia di legame/nucleone deve spiegare

• FISSIONE

• FUSIONE

• Instabilità dei nuclei : RADIOATTIVITA’

Z elevato: diventa molto importante l’effetto delle forze

Coulombiane

Sempre più diffiocile aggiungere protoni (energeticamente è

vantaggioso aggiungere neutroni) cresce N/Z

 la forza nucleone-nucleone favorisce la condizione Z=N


PAGINE

61

PESO

6.44 MB

AUTORE

Sara F

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti di Fisica statistica ed informatica - Radiazioni Ionizzanti. Nello specifico gli argomenti trattati sono i seguenti: Particelle, Fotoni, Il nucleo atomico, Difetto di massa ed energia di legame, Fissione Fusione Decadimento radioattivo, Radioprotezione - Aspetti normativ, ecc.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in medicina e chirurgia (ordinamento U.E. - 6 anni)
SSD:
Università: Messina - Unime
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Sara F di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisica statistica ed informatica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Messina - Unime o del prof Vermiglio Giuseppe.

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