Was ist Strahlenphysik?
Physik ist die wissenschaftliche Erforschung von Materie und Energie und ihrer Wechselwirkung. Energie wie Licht, Wärme oder Schall, die von einer Quelle ausgestrahlt wird, sich durch den Raum oder das Material bewegt und dann von einem anderen Objekt absorbiert wird, wird als Strahlung definiert. Die Strahlenphysik ist der Zweig der Physik, der die Auswirkungen von Strahlung auf Materie untersucht. Dieses Gebiet war maßgeblich an der Bereitstellung verbesserter Herstellungsverfahren, Kernenergie und fortschrittlicher medizinischer Diagnose- und Behandlungsoptionen beteiligt.
Die von Physikern untersuchten Strahlungstypen umfassen Alpha-, Beta- und Gammastrahlen, Neutronen und Röntgenstrahlen. Alphas sind Teilchen, die zwei Protonen und zwei Wahlen enthalten, die vom Atomkern abgegeben werden. Betas sind Teilchen mit hoher Geschwindigkeit, die mit Elektronen identisch zu sein scheinen. Neutronen sind die neutralen Teilchen im Zellkern aller Zellen. Gammastrahlen werden vom Kern emittiert und Röntgenstrahlen sind das Ergebnis von Energieänderungen im Kern.
Die Röntgentechnologie ist eine der bekanntesten Anwendungen der Strahlenphysik und verfügt über mehrere Fertigungsanwendungen. Beispielsweise verwendet die Automobilindustrie energiereiche Röntgenstrahlen, um die Motorleistung zu bewerten. Röntgenmikroskope werden zur Inspektion von Stents und Kathetern während des Produktionsprozesses eingesetzt, und Röntgendickenmessgeräte messen die chemische Zusammensetzung von Metalllegierungen. Röntgenradiographie wird sogar von Archäologen verwendet, um antike Artefakte zu untersuchen.
Die Ölindustrie hat strahlenphysikalische Anwendungen bei der Aufbereitung und Gewinnung von Erdöl eingesetzt. Ölfirmen verwenden bei der Herstellung von Rohöl, Heizöl, Teer und der Behandlung der Abfallnebenprodukte der Ölförderung ein Bestrahlungsverfahren, das so genannte Strahlungsthermocracken (RTC). RTC hat eine höhere Produktionsrate, niedrigere Kosten und einen viel geringeren Energieverbrauch als herkömmliche Methoden. Die Strahlenbehandlung von Ölkontaminanten bietet einen besseren Umweltschutz als andere Methoden.
Die Kernenergie ist ein wachsendes Feld, das auf der angewandten Strahlenphysik basiert. Durch einen als Kernspaltung bekannten Prozess wird den Atomen bei kontrollierten Kernreaktionen Energie entzogen. Während die Vereinigten Staaten die größte Menge an Atomkraft produzieren, produziert Frankreich den höchsten Prozentsatz der Stromversorgung seines Landes über Atomreaktoren.
Das Gebiet, das am meisten von der Strahlenphysik profitiert hat, ist jedoch die Medizin. Durch die Anwendung der Physik haben Wissenschaftler Methoden zur Verwendung ionisierender Strahlung zur Diagnose und Behandlung von Erkrankungen entwickelt. Dies umfasst neben den herkömmlichen Röntgenformen auch Ultraschall, Magnetresonanztomographie (MRT) und Nuklearmedizin.
Der Großteil der Nuklearmedizin befasst sich mit Bildgebung und verwendet Computer, Sensoren und radioaktive Materialien, die als Radiopharmazeutika bezeichnet werden. Röntgenstrahlen, die älteste Form der Bildgebung, verwenden hochfrequente Lichtstrahlen, um Bilder zu erstellen. Gammastrahlen haben noch höhere Frequenzen und werden in der Kernbildgebung eingesetzt. Positronenemissionstomographie (PET) und Einzelphotonenemissionstomographie (SPECT) sind zwei der am häufigsten verwendeten Geräte für die nukleare Bildgebung.
Die häufigste Anwendung der Strahlentherapie ist die Behandlung von Krebstumoren. Dabei werden normalerweise energiereiche Röntgenstrahlen in die Krebszellen abgegeben. Die Strahlung wird von der Zelle absorbiert und stirbt ab. Strahlung wird im Allgemeinen über eine externe Quelle an den Tumor abgegeben. Die Herausforderung für Medizinphysiker besteht darin, die Strahlung so zu lenken, dass möglichst wenige gesunde Zellen zerstört werden.
Die Strahlenbrachytherapie beinhaltet die interne Anwendung von Strahlenmaterialien. Bei dieser Behandlung werden radioaktive "Samen" in der Nähe des Tumors implantiert. Die Freisetzung von Strahlung ist langsam und der Abstand zwischen Samen und Tumor ist so gering, dass die Strahlenbelastung gesunder Zellen begrenzt ist.
Die Vorteile der Strahlenphysik erstrecken sich über mehrere Disziplinen und Branchen. Bedenken hinsichtlich eines möglichen Abbaus fossiler Brennstoffe machen die Entwicklung der Kernenergie in vielen Ländern zu einer laufenden Priorität. Das Feld der Nuklearmedizin explodiert, und neue Tests und Behandlungen werden rasch entwickelt, was die Strahlenphysik zu einer Disziplin macht, die weiter wachsen wird.