87993 - HEALTH PHYSICS

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student will acquire the basic knowledge on the most important and interesting topics in the field of Health Physics. In particular the student will be able to: - understand the different types of interactions of ionizing radiations with matter and their biological effects; - understand the problems related to the radioprotection of workers and population; - distinguish among the most important kinds of radiation detectors; - use an acquisition chain for alpha or gamma spectrometry.

Contenuti

Il corso è diviso in due moduli didattici.

 

Contenuti del Modulo 1 (5 CFU):

- Radiazioni ionizzanti: interazioni delle radiazioni elettromagnetiche ionizzanti con la materia: effetto fotoelettrico, scattering coerente, scattering Compton, produzione di coppie, reazioni fotonucleari. Interazioni delle particelle cariche leggere e pesanti con la materia. Formula di Bethe-Bloch. Picco di Bragg e range delle particelle cariche. Interazioni dei neutroni con la materia. LET (Linear Energy Transfer).

- Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti: Azione diretta e indiretta delle radiazioni ionizzanti. I radicali liberi. Effetti delle radiazioni a livello cellulare: danni sul DNA e curve di sopravvivenza per virus, batteri e cellule di mammifero. Radiosensibilità della cellula in relazione alla fase del ciclo cellulare. Efficacia biologica relativa dei vari tipi di radiazioni ionizzanti. Effetti delle radiazioni ionizzanti sull'uomo: danni deterministici e danni stocastici. Studi epidemiologici.

- Dosimetria delle radiazioni ionizzanti: principali grandezze dosimetriche: esposizione, dose assorbita, dose equivalente e dose efficace. Fattori peso per i diversi tipi di radiazioni ionizzanti e per i diversi tessuti del corpo umano.

- Elementi di radioprotezione: principi della radioprotezione. Concetto di indice di rischio. Classificazione delle aree di lavoro e dei lavoratori professionalmente esposti, limiti di dose.

- I rivelatori di radiazioni: i rivelatori a gas, a scintillazione e a stato solido. Dosimetri a termoluminescenza. Elettronica per l'acquisizione e l'elaborazione dei segnali.

- Introduzione alla prova di spettrometria alfa: Calibrazione di un analizzatore multicanale. Degradazione energetica delle particelle alfa prodotta da spessori noti di materiale assorbitore. Esperienza di laboratorio con rivelatore di Si a barriera superficiale per spettrometria alfa.

- Introduzione alla prova di spettrometria gamma: Sorgenti di raggi gamma. Analisi di spettri gamma. Esperienza di laboratorio con rivelatore di tipo CdTe.

- Introduzione all'esperienza di laboratorio di imaging con raggi X: richiami teorici sui tubi a raggi X e sui rivelatori per radiografia digitale. Parametri caratteristici di un rivelatore per imaging con raggi X. La tomografia computerizzata con raggi X e il suo utilizzo in campo medico, industriale e dei Beni Culturali. Prova di laboratorio con sistema di acquisizione per radiografia digitale e tomografia con raggi X.

Le prove di laboratorio verranno svolte alla fine del modulo, dopo le lezioni in aula.

 

Contenuti del Modulo 2 (1 CFU):

- Dosimetria numerica: simulazione dell’interazione delle radiazioni: cenni sui codici Monte Carlo; impiego di modelli antropomorfi e simulazioni numeriche per il calcolo della dose all’organo in dosimetria esterna ed interna; strumenti per la costruzione di un modello antropomorfo da dati CT; modelli antropomorfi di riferimento di tipo voxel dell’ICRP (International Commission on Radiological Protection) e modelli di nuova generazione.

- Campi di radiazione: esempi di campi di radiazione; aspetti pratici di radioprotezione e dosimetria; esempi di schermature per radiazioni ionizzanti.

Testi/Bibliografia

• J.T. Bushberg, J.A. Seibert, E-M. Leidholdt, J.M. Boone: "The Essential Physics of Medical Imaging", Wolters Kluwer-Lippincott Williams & Wilkins, 2012.

• H.E. Martz, C.M. Logan, D.J. Schneberk, P.J. Shull: "X-ray imaging: Fundamentals, Industrial Techniques and Applications", CRC Press, 2017.
  

• C.A. Kelsey, P.H. Heintz, G.D. Chambers, D. J. Sandoval, N.L. Adolphi, K.S. Paffett: “Radiation Biology of Medical Imaging”, John Wiley & Sons, 2014.
  

• J.E. Coggle: “Biological effects of radiation”, Taylor & Francis Ltd, London.

• H.E. Johns and J.R. Cunningham: “The Physics of Radiology”, Charles C. Thomas Publisher.

• G.F. Knoll: "Radiation detection and measurement", John Wiley & Sons, Inc.

• R.F. Laitano: "Fondamenti di dosimetria delle radiazioni ionizzanti", ENEA.

• M. Pelliccioni: “Fondamenti fisici della radioprotezione”, Pitagora Editrice, Bologna.

 

I file Power Point utilizzati per le lezioni in aula saranno disponibili per gli studenti sul sito: https://iol.unibo.it/course/view.php?id=23499

 

Per consultazione ed approfondimenti:

• R. L. Morin: “Monte Carlo Simulation in the Radiological Science”, CRC-Press.

• X.G. Xu and K.F. Eckerman: “Handbook of anatomical models for radiation dosimetry”, CRC-Press.

• J.C. Russ: “The Image Processing Handbook”, CRC-Press.

• D. Salomon:“Curves and Surfaces for Computer Graphic”, Springer.

Metodi didattici

Lezioni in aula, seguite da esercitazioni in laboratorio durante le quali gli studenti verranno divisi in piccoli gruppi.

Dopo ciascuna prova di laboratorio è richiesta la stesura di una relazione scritta che può essere sia individuale che di gruppo.

Le attivià pratiche hanno anche lo scopo di fare acquisire agli studenti capacità di elaborazione e sintesi, oltre che abilità di lavoro di gruppo.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame finale mira a valutare il raggiungimento dei principali obiettivi didattici del corso:

• comprensione dei meccanismi di interazione radiazioni ionizzanti-materia e dei conseguenti effetti biologici negli organismi viventi;
• comprensione delle problematiche connesse alla radioprotezione di lavoratori e popolazione nelle attività che comportano l'impiego di radiazioni ionizzanti;
• conoscenza dei principali tipi di rivelatori di radiazioni;
• utilizzo in laboratorio di una catena di acquisizione per spettrometria alfa e gamma e di un sistema di imaging con raggi X.

La prova finale consiste in un colloquio sugli argomenti trattati a lezione e sulle prove di laboratorio, che mira a valutare il grado di apprendimento dei contenuti, le capacità critiche e metodologiche e l'uso di linguaggio specifico. L'acquisizione da parte dello studente di una visione organica dei temi affrontati, unita a una loro considerazione critica, e la capacità di esporre i concetti con padronanza e proprietà di linguaggio saranno riconosciute con voti eccellenti. Una conoscenza degli argomenti prevalentemente mnemonica e una limitata capacità di sintesi e di analisi comdurranno a voti compresi fra il discreto e il sufficiente. Importanti lacune formative ed un linguaggio inappropriato comporteranno una valutazione negativa.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore e PC.

Laboratorio didattico dedicato per spettrometria alfa e gamma.

Laboratorio di imaging con raggi X.

Il materiale didattico è disponibile sul sito: https://iol.unibo.it/course/view.php?id=23499

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Maria Pia Morigi

Consulta il sito web di Paolo Ferrari