Co je to radiační fyzika?

Fyzika je vědecké studium hmoty a energie a jejich interakce. Energie, jako je světlo, teplo nebo zvuk, který je emitován z jednoho zdroje, prochází prostorem nebo materiálem a poté je absorbován jiným objektem, je definována jako záření. Radiační fyzika je odvětví fyziky, které studuje účinky záření na hmotu. Tato oblast byla nápomocna při poskytování zlepšených výrobních procesů, jaderné energie a pokročilých lékařských diagnostických a léčebných možností.

Mezi druhy záření studované fyziky patří alfa, beta a gama paprsky, neutrony a rentgenové paprsky. Alphas jsou částice obsahující dva protony a dvě volby, které jsou emitovány z jádra atomu. Bety jsou vysokorychlostní částice, které se zdají být identické s elektrony. Neutrony jsou neutrální částice uvnitř jádra všech buněk. Paprsky gama jsou emitovány jádrem a rentgenové paprsky jsou výsledkem energetických změn v jádru.

Rentgenová technologie je jednou z nejznámějších aplikací fyziky záření a má několik výrobních aplikací. Například automobilový průmysl používá rentgenové paprsky s vysokou energií k vyhodnocení výkonu motoru. Rentgenové mikroskopy se používají ke kontrole stentů a katétrů během výrobního procesu a měřidla rentgenové tloušťky měří chemické složení kovových slitin. Rentgenová rentgenová metoda je dokonce používána archeology k prozkoumání starověkých artefaktů.

Ropný průmysl využívá při zpracování a výrobě ropy aplikace radiační fyziky. Ropné společnosti používají při výrobě ropy, topného oleje, dehtu a zpracování odpadních vedlejších produktů při těžbě ropy proces ozařování nazývaný radiační tepelné krakování (RTC). RTC má vyšší rychlost výroby, nižší náklady a mnohem nižší spotřebu energie než tradiční metody. Radiační ošetření ropných kontaminantů poskytuje větší ochranu životního prostředí než jiné metody.

Jaderná energie je rostoucí pole, které je založeno na fyzice aplikovaného záření. Prostřednictvím procesu známého jako jaderné štěpení se energie získává z atomů během řízených jaderných reakcí. Zatímco USA produkují největší množství jaderné energie, Francie produkuje nejvyšší procento elektrické energie svého státu prostřednictvím jaderných reaktorů.

Oblasti, které nejvíce těží z radiační fyziky, je však medicína. Prostřednictvím aplikace fyziky vědci vyvinuli metody využití ionizujícího záření pro diagnostiku a léčbu zdravotních stavů. To zahrnuje nejen tradiční formy rentgenového záření, ale také ultrazvuk, zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) a nukleární medicínu.

Většina nukleární medicíny zahrnuje zobrazování a zaměstnává počítače, senzory a radioaktivní materiály zvané radiofarmaka. Rentgenové paprsky, nejstarší forma zobrazování, používají k vytváření obrázků vysokofrekvenční světelné paprsky. Gama paprsky mají ještě vyšší frekvence a používají se při jaderném zobrazování. Pozitronová emisní tomografie (PET) a počítačová tomografie s jednoduchým fotonem (SPECT) jsou dva z nejpoužívanějších kusů jaderného zobrazovacího zařízení.

Nejběžnějším použitím radiační terapie je léčba nádorových nádorů. To obvykle zahrnuje ukládání rentgenových paprsků s vysokou energií do rakovinných buněk. Záření je absorbováno buňkou, způsobovat to umřít. Záření je obecně dodáváno do nádoru přes externí zdroj. Výzvou pro lékařské fyziky je nasměrovat záření tak, aby byl zničen minimální počet zdravých buněk.

Radiační brachyterapie zahrnuje vnitřní aplikaci radiačních materiálů. Při této léčbě jsou radioaktivní „semena“ implantována poblíž nádoru. Uvolňování záření je pomalé a vzdálenost mezi semeny a nádory je dostatečně krátká, aby expozice záření zdravým buňkám byla omezená.

Výhody radiační fyziky překračují několik oborů a průmyslových odvětví. Kvůli obavám z možného vyčerpání fosilních paliv je rozvoj jaderné energie v mnoha zemích stále prioritou. Pole nukleární medicíny exploduje, s novými testy a léčbami, které se vyvíjejí rychle, z radiační fyziky se stává disciplína, která bude i nadále růst.