Download - Fizica radiologie
-
Sorin M. Dudea
Catedra de Radiologie
UMF Iuliu Hatieganu
Cluj-Napoca
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Obiective generale ale cursului
Cunoasterea unor notiuni specifice radiologiei (dozimetrie, radiobiologie, radioprotectie)Orientarea asupra semiologiei specifice fiecarei tehnici de examinare imagistica;Intelegerea indicatiilor, a valorii diagnostice, a beneficiului si riscurilor aplicarii diferitelor tehnici de diagnostic radio-imagistic in patologia unor aparate si sisteme;Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Fizica radiatiilor
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Obiective specifice ale cursului
Recapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Obiective
Scurt istoricStructura materieiForte nucleare, energii de legatura, ionizare, numere cuanticeDualitatea unda - corpusculRecapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Obiective
Scurt istoricStructura materieiForte nucleare, energii de legatura, ionizare, numere cuanticeDualitatea unda - corpusculRecapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
1901 W. C. Roentgen descoperirea RX
1903 Henri Bequerel, Pierre Curie, Marie Curie - Descoperirea radioactivitatii spontane
1911 Marie Sklodowska Curie - Desoperirea radiului si poloniului
1914 M. von Laue difractia RX prin cristale
1915 W. H. Bragg and W. L. Bragg structura cristalelor derivata din difractia RX
1917 C. G. Barkla radiatii caracteristice ale elementelor
1924 K. M. G. Siegbahn spectroscopia RX
1927 A. H. Compton dispersia RX de catre electroni
1936 P. Debye difractia RX si a electronilor in gaze
1944 Josef G. Hevesy - Utilizarea izotopilor radioactivi ca indicator in studiul proceselor chimico- biologice
1946 Hermann J.Muller - Producerea mutatiilor prin radiatii X
1956 Werner T.Forsman - Cateterismul cardiac; Utilizarea substantelor de contrast in explorarea inimii si vaselor
1962 M. Perutz and J. Kendrew structura hemoglobinei
1962 J. Watson, M. Wilkins, and F. Crick - Structura ADN.
1977 Rosalynd Yallow - Dozarea radioimunologica
1979 A. McLeod Cormack and G. Newbold Hounsfield tomgrafia axiala computerizata
1981 K. M. Siegbahn - spectroscopia electronica de inalta rezolutie
1985 H. Hauptman and J. Karle metode directe de determinare a structurilor cu ajutorul RX
1988 J. Deisenhofer, R. Huber, and H. Michel structura proteinelor esentiale pentru fotosinteza
2003 P.C.Lautebur, P. Mansfield rezonanta magnetica nucleara
Premii NOBEL
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
DESCOPERITORII RADIATIEI NATURALE
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
CERCETATORIDESCOPERIRIANIWilhelm RoentgenRazele X1895
Henri BequerelSubstantele radioactive1896
Marie Curie,Pierre Curie Proprietatile radioactivitatii1896-1910
Thomas EdisonFluoroscopia1896
Ernest RutherfordTipuri de emisii radioactive: alfa,beta,gamma
1903
-
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Obiective
Scurt istoricStructura materieiForte nucleare, energii de legatura, ionizare, numere cuanticeDualitatea unda - corpusculRecapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
STRUCTURA ATOMULUI
Numar atomic
Masa atomica
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Structura materiei
Atomuldefinitiepastreaza toate caracteristicile elementuluiindivizibil prin metode chimicecaracteristicinr. atomic Z = sarcini electrice nr. de masa A= particule din nucleuCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
77.unknown -
ATOMUL-DEFINITII
DEMOCRIT-atomul=ultima particica indivizibila constituenta a materieiRUTHERFORD(1911)-atomul= mic sistem planetar; - nucleul= sambure central greu care concentreaza toata masa atomului avand incarcare pozitiva- electronul = particula de greutate infima care graviteaza in jurul nucleului;
- are incarcare negativa- sarcina elementara - electronii tuturor elementelor sunt asemanatori - au masa si sarcina identica;Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Structura atomului
Modelul Rutherford (1911)Nucleu in centru
concentreaza sarcinile + (protonii) si particulele neutre electric (neutronii) - masa atomului
diam.nucl/diam.atom = 10-4
electroni pe orbite, la periferie = nor e-
concentreaza sarcinile -, masa neglijabila
sarcina e- = p+Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Structura atomului
In nucleu exista si particule inerte electric, cu masa unitara (neutroni)masa p+ = n =1.008982u=1.67x10-27 kgmasa nucleu < suma p+n (+e)
Chadwick (1932)Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Energia de legatura
Diferenta dintre
masa nucleului si cea a nucleonilor poate fi convertita in
energie cu ajutorul ecuatiei lui Einstein =
energie de legatura a nucleului (W)
E=mc2 (Einstein)
=energia necesara pt a desface nucleul in nucleoni
mnucleu
-
Obiective
Scurt istoricStructura materieiForte nucleare, energii de legatura, ionizare, numere cuanticeDualitatea unda - corpusculRecapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
FORTE NUCLEARE
de atractie de respingereCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Proprietatile fortelor nucleare:
fortele de atractie sunt mult mai mari decat fortele electrostatice din interiorul nucleului, impiedicand descompunerea nucleului;sunt toate centrale,directia fortei coincide cu linia ce uneste cele doua particule in interactiune;nu depind de sarcina nucleonilor care interactioneaza, fiind aceleasi intre orice perechi de nucleoni (n-n, n-p, p-p);Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Proprietatile fortelor nucleare:
intensitatea fortelor depinde de distanta dintre particule: -la distante mici ele se comporta diferit fata de cele electrostatice (atractie); !-la distante foarte mici devin forte de respingere, astfel incat protonii si neutronii nu se intrepatrundCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Structura atomului
e-
e-
e-
p+
p+
p+
n0
n0
Raportul maxim nucleu / atom=104
ex: Au = 3 10-14 / 3 10-10
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
STRUCTURA ATOMULUI -DEFINITII
Electronul (e-):-graviteaza pe orbite circulare in jurul nucleului,care are o structura bine definitaenergia de legatura = energie ce determina mentinerea unui electron pe o orbita datafiecare orbita (k,l,m,n) are un numar limitat de electroni care variaza functie de orbitaValoarea sarcinii electrice(e)=sarcina elementara= sarcina protonului Numarul atomic (Z): = numarul electronilor sau al protonilor- indica locul elementului respectiv in sistemul periodic
Masa atomica (A) = suma protonilor si a neutronilor,deoarece masa electronilor poate fi neglijata;Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
MODELUL BOHR
Probleme:e- se misca; au sarcini electrice ar trebui sa emita energie + sa piarda energie cinetica, sa cada pe nucleu atomi instabili FALS!Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Postulatele lui Bohr
1. e- se misca pe orbite circulare, bine determinate (orbite stationare), fara a castiga sau pierde energie2. trecerea de pe o orbita pe alta se face prin emisia sau absorbtia de energie sub forma de cuante E=hh = constanta Planck = frecventa radiatiei emise sau absorbiteCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
88.unknown -
Straturi electronice
Notate cu litere K,L,M,Substraturi intr-un strat, difera nr. magnetic sau de spin, sunt notate cu 1,2,3...Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
87.unknown -
Energia de legatura si Energia cinetica
Energia unui electron in miscare pe o orbitaE = E at + E cincu cat distanta fata de proton e iar Ecin , Eat electronii mai aproape de nucleu sunt legati mai strans de atom, electronii mai departe de nucleu au sanse mai mari de a parasi atomulEat
Ecin
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
89.unknown -
STRUCTURA ATOMULUI-DEFINITII
IONUL = atom care a pierdut sau a castigat unul sau mai multi electroniion pozitiv- prin pierdere de elctroni
ion negativ- prin castig de electroni
-pot lua nastere prin:-actiunea radiatiilor asupra materiei
-disocierea moleculelor unor acizi
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Energia de ionizare
In stare fundamentala: electronul se mentine pe orbita cu energie (cinetica) minimaIn urma unei excitatii: trece pe o orbita superioaraDaca E cedata e- e foarte mare el paraseste atomul =>ion (potential de ionizare se masoara in eV)1eV=0.1602x10-18 J
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
TEORIA CUANTELOR
Sta la baza intelegerii fizicii atomice si nucleareconform teoriei cuantelor energia radianta
se emite si se absoarbe in mod discontinuu sub forma de fragmente de energie = cuante
cuantele sunt caracteristice fiecarei radiatii
energia cuantei este direct proportionalacu frecventa radiatiei pe care o constituie
marimea cuantei este caracterizata de energia si frecventa ei
relatia dintre energia si frecventa cuantei este data de relatia:
E=h
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
NUMERE CUANTICE
n - numar cuantic principal-nr stratului pe care e situat e- -valoarea n=1,2,3,(numere naturale fara 0) -numarul total de configuratii posibile ale orbitei=n patratl - numar cuantic secundar (azimutal) -determina forma orbitei -valori= de la 0 lan-1m - numar cuantic magnetic -cuantifica pozitia orbitelor electronicein campuri magnetice exterioare -valorea= -l0+ls - numar cuantic de spin -caracterizeaza sensul de rotatie al electronului fata de axa in raport cu sensul de rotatie in jurul nucleului -valori= + - coincid cu sensul miscarii pe orbita - nu coincidCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
94.unknown -
RELATIA DINTRE STRUCTURA ORBITELOR ELECTRONICE SI TABLOULPERIODIC
DENUMIREA ORBITEI:k, l, m, n, o, p, qNUMAR CUANTIC PRINCIPAL n: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7NUMARUL MAXIM DE ELECTRONIPE ORBITA PRIN RESPECTAREA
PRINCIPIULUI DE EXCLUZIUNE A LUI
PAULI ESTE DE: 2, 18, 32, 50, 72, 98
PRINCIPIULUI DE EXCLUZIUNE A LUI PAULIpe una si aceeasi orbita, nu pot exista niciodata doi electroni identici, ei deosebindu-se cel putin prin una din urmatoarele caracteristici: spin, numar cuantic orbital sau moment giromagnetic.Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Obiective
Scurt istoricStructura materieiForte nucleare, energii de legatura, ionizare, numere cuanticeDualitatea unda - corpusculRecapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
CAMPUL MAGNETIC
- campul magnetic depinde de sarcina electrica a particulei si viteza de deplasare- lungimea de unda = spatiul parcurs de o unda progresiva in timpul unei perioade- perioada T = timpul in care se produce o oscilatie completa- frecventa = numarul de oscilatii pe secundaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
12.unknown -
TEORIA MECANICII ONDULATORII (LOUIS DE BROGLIE)
Fiecare particula atomica cu sarcina electrica este centrul unui grup de unde electromagneticeradiatiile electromagnetice sunt in legatura cu particulele atomice cu sarcina electricaorice particula atomica poate fi considerata si ca un fenomen oscilatorproprietatile ondulatorii se manifesta in fenomenele de propagare (reflexie, refractie, interferenta)proprietatile corpusculare se manifesta in fenomenele de emisie si absorbtie, efect fotoelectric, efect Compton.Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Dualitatea unda - corpuscul
E = h = c / E = hc / E = mc2 = hc / = h / mc =invers proportionala cu masa particulei => particule cu masa > au asociata unda neglijabila
Principiul De Broglie (1924)Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
86.unknown -
TEORIA PLANK-EINSTEIN
Energia nu se pierde, nu se poate anihila, ci se transforma in alte forme de miscare ale materieienergia radiatiei corpusculare se poate transforma in energie electromagneticaenergia cinetica ( mv2) a unei radiatii electromagnetice se poate transforma in radiatie electromagnetica si invers mv2=h marimea cuantelor obtinute depinde de energia cinetica a radiatiei corpusculare ce se transforma in energie electromagnetica si inversOricarui corp
material i se
poate asocia o
unda
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Obiective
Radiatiile electromagneticeRadiatiile XProducerea RXInteractiunea RX cu materiaProprietatile RXRecapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Obiective
Radiatiile electromagneticeRadiatiile XProducerea RXInteractiunea RX cu materiaProprietatile RXRecapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Noiuni generale despre radiaii
razele cosmice
razele gamma
razele Rontgen
razele ultraviolete
razele luminoase
razele infraroiiundele scurte i ultrascurteundele hertzieneundele electriceDup lungimea de und radiaiile se mpart n:
Spectrul radiaiilor electromagnetice
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Radiatiile electromagnetice
Energie - keVlungime de unda - unitati metriceDiagnostic
0,5 1,5 3eV 0,12keV 1 10 102 103 104
24k 8k 4k 100 10 1 0,1 0,01 0,001
UV
IR
Vizibil
RX +
Terapie
E
Cosmic
Radio
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
85.unknown -
Obiective
Radiatiile electromagneticeRadiatiile XProducerea RXInteractiunea RX cu materiaProprietatile RXRecapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Radiatiile X
Radiatii electromagneticedual - corpuscul (foton) + undadupa energie:MOI - = 1-5 , energie si penetratie descoperite 1895 Wilhelm Conrad RntgenCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
84.unknown -
Caracteristicile Rx
Invizibilepropaga in linie dreaptacu viteza luminiipatrund in materiale opace (hartie, lemn, plastic, corp omenesc)produc fluorescenta si efect fotoelectricnu sunt deviate de campuri electrice si magneticeCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Obiective
Radiatiile electromagneticeRadiatiile XProducerea RXInteractiunea RX cu materiaProprietatile RXRecapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Producerea Rx
Radiatiile de franareradiatiile caracteristice(captura electronului K)X
X
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
83.unknown -
Radiatiile de franare
Electronul incident e1 trecand prin apropierea unui nucleu Ze este supus unei acceleratii centripete prin atractie electrostatica, emitand un foton a carui energieE este prelevata din energia cinetica a electronului e1.Energia E a fotonului emis va fi cu atat mai mare cu cat accelerarea e mai intensa, adica cu cat distanta (d) fata de nucleu este mai mica.Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
PRODUCEREA RADIATIILOR X
RADIATII DE FRANARE: - iau nastere in urma franarii bruste a electronilor din fasciculul catodic-energia cinetica a electronilor se transforma in momentul franarii (deceleratie) in energie electromagnetica-conform ecuatiei PLANK-EINSTEIN - marimea unei cuante emise depinde de energia cinetica a particulelor incidente-viteza si punctul de franare sunt diferite=raze X cu frecvente diferite-daca ciocnirea si franarea este brusca si totala, cedarea energiei cinetice a electronilor este instantanee si cuantele sunt cu frecvente mari-la ricosari ale electronului incident, se emit cuante cu frecvente mici si repetateCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
PRODUCEREA RADIATIILOR CARACTERISTICE
Conditii:Atomi cu Z mareTensiunea de acceleratie sa depaseasca o anumita valoare criticaCiocniri neelastice cu electronii tintei:Excitare sau ionizare atomicaProiectarea electronilor de pe orbitele interioare (energie>) pe altele superioare sau in exteriorul atomuluiLocul vacant e ocupat de un electron de pe un strat exterior (Bohr)Se elibereaza o cuanta de energie egala cu diferenta energiilor caracteristice ale nivelelorenergetice intre care s-a facut tranzitia.1
2
X
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Aparatura de producere a RX
Sursa de RXalimentarea de joasa si inalta tensiunesistem de comanda si controlsistem de detectie RXCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Tubul de raze X
mA
kV
RX
Fereastra
Catod = molibden
Anod = wolfram
Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Obiective
Radiatiile electromagneticeRadiatiile XProducerea RXInteractiunea RX cu materiaProprietatile RXRecapitularea notiunilor fundamentale de fizica necesare intelegerii RXProducerea, proprietatile RX si interactiunea lor cu materiaCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Interactiunea RX cu materia
Atenuare = scaderea intesitatii fasciculului. RX cu distanta la propagarea printr-un mediu materialmecanismele de interactiune efect Thomsonefect Comptonefect fotoelectricgenerarea de perechiCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
82.unknown -
Interactiunea RX cu materia
Efectul Thompsonciocnirea elastica, radiatii moi, oscilatii e. care emite energie de aceeasi frecv. Ca si RX = imprastiere coerentaEfectul ComptonRX dure, ciocnire neelastica e., >>> RX mai moi + e. accelerat (Compton), emise in unghiuri divergenteCopyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
81.unknown -
Efectul Compton
Prin ciocnirea neelastica a fotonului incident h cu electronul e rezulta un foton hv de mai mica energie difuzat in spatiu sub un unghi de imprastiere si un electron Compton e accelerat difuzat in spatiu sub un unghi de imprastiere .Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
-
Interactiunea RX cu materia
Efect fotoelectricciocnire RX cu e., preia toata energie RX, expulzat din atom, locul liber ocupat de e. periferic, cu emisie de E in domeniul luminosfluorescenta = dureaza numai in timpul actiunii RX >>> radioscopiefosforescenta = dureaza si dupa incetarea actiunii RX >>> radiografie(Generarea de perechi - RX f. dure, langa nucleu, scindeaza in e+ si e- )Copyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
Cpoyright: prof.dr.S.A.Sfrangeu
80.unknown -
Efectul fotoelectric
Proces de interactiune a radiatiei X cu electronii legati de atom in care electronul preia intreaga energie a radiatiilor XIn acest mod electronul este aruncat in afara limitelor atomului cu energia cinetica :T=Ex-IiEx=energia rad.XIi= potentialul de ionizare al stratului I din atomDetermina numai fluorescentaCaracteristic substantelor cu Z