Post on 01-May-2015
transcript
Tomografia a Risonanza Magnetica Nucleare (MRI) e Superconduttori
http://www.med.harvard.edu/AANLIB/home.html
Prima di tutto facciamo un salto a Harvard per farci un’idea delle potenzialità della MRI
Joseph Hornak http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri
Joe ci spiega la tomografia
MRI in una parola
Bussole, campi magnetici e correntiLa precessioneCome rivelare un nucleo che ruota
La Tomografia con la Risonanza Magnetica (MRI)
*** Intervallo con visita ***
I superconduttori per la MRI
... ma anche per ridurre la bolletta Enel
... e per la levitazioneBussola
e magnete
La corrente che passa per un filo devia l'ago della bussola
L'ago e' un piccolo magnete
La corrente produce un campo magnetico B intorno a se`
L'ago si allinea lungo il campo magnetico B
N
S
I magneti (B) esercitano una forza sulle correnti
Le correnti esercitano una forza sugli aghi magnetici
Anche il campo del magnete e` dovuto a microcorrenti:quelle degli atomi (ad esempio del ferro)
Riassunto: i campi magnetici sonol'effetto di correnti
Per ottenere B intensi: 1) Materiali magneticiBmax ~ 2T ~ 30000 volte Bterra
oppure 2) correnti elevatissimee molte spire
Linee di forza
Cosa e` il campo magnetico?
le curve immaginarie (linee di forza) lungo cui si allineanogli aghi magnetici delle bussole
limatura come piccoli aghetti
Aghi sempre piu` piccoli
la limatura di ferro
aghi femtoscopici:lo spin dei nuclei dell'atomo di idrogeno (i protoni, 1H)
NN
S
N
S
trottola
La precessione, ovvero non sempre gli aghi si allineano
La precessione, ovvero non sempre gli aghi si allineano
Trottola: il momento angolareprecede attorno a g
protoni (1H):lo spin precede attorno a B
La frequenza di precessione e` regolata dal campo magnetico
γB=ω
Precessione di Larmor
Legge di Faraday
B
bobine di ricezione
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):cosa si osserva?
un voxel
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):cosa si osserva?
cellule
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):cosa si osserva?
acqua
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):cosa si osserva?
molecole di H2O
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR):cosa si osserva?
molecola di H2O
H
nucleo di 1H (protone)
NMR (e MRI)
+
+
+
a) b)magnete spin nucleari
c)occorre
farli danzare a tempoirraggiandoli
inizialmente con onde radio
d)induzione di un segnalealla frequenza
Magnete e bobine di ricezione
Come si fa ad osservare una sola fetta del cervello di Joe?
La radiofrequenza fa danzare a tempo solo quella
Come si ottiene la tomografia dentro la fetta?
Immaginiamo che l'idrogeno sia concentrato in tre soli punti
L'intensita` del segnale NMR e` proporzionale al numero di nuclei di 1H
Se mettiamo la testa di Joe in uno strumento NMR
frequenza di Larmor
Se il campo B cresce in una direzione
i punti precedono a frequenze diverse
Se B cresce così
ma se in esperimentisuccessivi B cresce in diverse direzioni
si puo` ricostruire l'immagine
Rielaborando l’informazione
Il corpo umano (per parti)
Un polso <-------> 5cm
Una fettina <--------------> 0.1 mm!
Sempre piu` piccolo, con B=8T:
Ricostruzioni tridimensionali
I polmoni che respirano gas ultrapolarizzato
Perche` i superconduttori?
per produrre B=10T (circa 140 000 volte il campo della circa 140 000 volte il campo della terraterra)
30 000 A di corrente
Superconduttore:se la resistenza e` nulla, la potenza dissipata e`nulla!
in fili di rame: 5 MW di potenza dissipata (resistenza),pari al consumo delle abitazioni di una citta`come Fidenza
La scoperta della superconduttivita`in Hg (1907)
Con l'elio liquido (4.2K=-273 C)
dal discorso di K. Onnes a Stoccolma
Purtroppo occorre restare al freddo:Hg sotto Tc = 4.2K
Nb sotto Tc = 9.2 K
Spiegazione della scomparsa della resistenza elettrica.Gli elettroni viaggiano a due a due e domano l'agitazione termica caotica degli ioni.
I ceramici Tc = 134K = -139 C
(HgBa2Ca2Cu3O8)
Diamagnetismo (Effetto Meissner-Ochsenfeld)
In alcuni casi, l’effetto puo’ essere cosi’ forte da generare una forza repulsiva tale da controbilanciare il
peso del magnete -> levitazione
Levitazione
MaglevSuperconducting Coil
Magnetomotive force 700 x 4 x 2
(kA) x poles x rows
Max.speed(km/h) 581(result)
Completed year 1996-2002
Yamanashi Maglev Test Line
http://www.rtri.or.jp/rd/maglev/html/english/maglev_frame_E.html