RADIOACTIVITY AND DOSIMETRY
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2019/2020
- Docente
- PAOLO CARDARELLI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- FIS/07
Obiettivi formativi
- Comprensione dei processi fisici responsabili dell'emissione di radiazioni ionizzanti da sorgenti naturali ed artificiali. Comprensione delle modalità di interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia. Conoscenza dei metodi e della strumentazione per la rivelazione delle radiazioni e per la misura della dose assorbita da strutture biologiche.
Prerequisiti
- Fisica classica, elementi di struttura della materia e di fisica dello stato solido, elementi di meccanica quantistica, elementi di relatività, elementi di fisica nucleare.
Contenuti del corso
- Radiazioni direttamente e indirettamente ionizzanti. I radioisotopi. I decadimenti alfa, beta meno, beta più, cattura elettronica. Spettri di emissione alfa e beta. La cinetica dei decadimenti: attività, costante di decadimento, emivita, vita media. Misture di due o più radionuclidi. Famiglie radioattive: equilibrio transiente ed equilibrio secolare. Costanti parziali e branching ratios. Catene di decadimento ed equazioni di Bateman. Schemi di decadimento. Radioattività naturale ed artificiale, serie radioattive, radiodatazione, datazione al radiocarbonio. Interazione di particelle cariche con la materia: potere frenante lineare e massico, collisionale e radiativo, formula di Bethe. Curva di Bragg. Bremsstrahlung Yield. Range di particelle cariche e Continuous Slowing Down Approximation. Trasferimento lineare di energia (LET) , ionizzazione specifica. Interazione di fotoni con la materia: attenuazione in buona geometria, spessore emivalente, coefficiente di attenuazione lineare, massico, di assorbimento energetico e di trasferimento energetico. L'effetto fotoelettrico, l'effetto Compton, la diffusione coerente, la produzione di coppie e le loro dipendenze dal numero atomico, dall'energia e dall'angolo. Interazione di neutroni con la materia: neutroni termici e neutroni veloci, attenuazione esponenziale, moderazione, diffusione elastica e risonanze. Grandezze fisiche ed unità dosimetriche: fluenza, flusso, esposizione e Roentgen, dose assorbita e Gray, il Kerma. Equilibrio di particelle cariche, la camera a ionizzazzione standard. Le camere a ionizzazione a ditale, Farmer, a condensatore e ad estrapolazione. La teoria della cavità di Bragg-Gray. Dosimetria calorimetrica, chimica, a film, a scintillazione (termoluminescente), a stato solido con giunzioni p-n o p-i-n. Introduzione al metodo Monte Carlo per la simulazione del trasporto di radiazioni. Introduzione alla dosimetria della radioprotezione: fattore di qualità, dose equivalente, dose efficace, esposizione da fondo naturale, effetti biologici e modelli per bassi livelli di dose, limiti di dose per lavoratori/popolazione.
Metodi didattici
- Il corso è organizzato nel seguente modo: 1) lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso ed esercitazioni numeriche finalizzate all'autovalutazione dell'apprendimento (~ 46 h); 2) Esercitazione pratica sulla misura di uno spettro di sorgente radioattiva (~4 h) 3) simulazioni al computer introduttive all'uso di specifici codici Monte Carlo per il trasporto delle radiazioni (~4 h). 4) Visita a struttura ospedaliera e esperienza sulla pratica dosimetrica clinica (~2 h)
Modalità di verifica dell'apprendimento
- L'esame consiste in una prova orale strutturata, nella quale vengono discussi gli argomenti del corso per verificare la capacità di comprendere e collegare i vari argomenti trattati durante le lezioni. Verranno proposte almeno tre domande, concernenti gli argomenti principali del corso: fisica dei decadimenti radioattivi, teorie e strumentazioni dosimetriche, dosimetria della radioprotezione.
Testi di riferimento
- J. Magill & J. Galy, "Radioactivity - Radionuclides - Radiation", Springer-Verlag (2005).
E.B. Podgorsak, Radiation Physics for Medical Physicists, Springer-Verlag (2010).
F.H. Attix, "Introduction to radiological physics and radiation dosimetry", John Wiley & Sons (1986).
