Qu'est-ce que la physique des rayonnements?

La physique est l'étude scientifique de la matière et de l'énergie, ainsi que de leurs interactions. L'énergie, telle que la lumière, la chaleur ou le son, émise par une source, traverse l'espace ou les matériaux, puis est absorbée par un autre objet, est définie comme un rayonnement. La physique des rayonnements est la branche de la physique qui étudie les effets des rayonnements sur la matière. Ce domaine a contribué à améliorer les procédés de fabrication, l’énergie nucléaire et les options avancées de diagnostic et de traitement médical.

Les types de rayonnement étudiés par les physiciens comprennent les rayons alpha, bêta et gamma, les neutrons et les rayons X. Les alphas sont des particules contenant deux protons et deux élections qui sont émises par le noyau d'un atome. Les bêta sont des particules à haute vitesse qui semblent identiques aux électrons. Les neutrons sont les particules neutres dans le noyau de toutes les cellules. Les rayons gamma sont émis par le noyau et les rayons X résultent des changements d'énergie dans le noyau.

La technologie des rayons X est l’une des applications les plus connues de la physique des rayonnements et a plusieurs applications de fabrication. Par exemple, l’industrie automobile utilise des rayons X à haute énergie pour évaluer les performances du moteur. Les microscopes à rayons X sont utilisés pour inspecter les endoprothèses et les cathéters pendant le processus de production, et des jauges d'épaisseur à rayons X mesurent la composition chimique des alliages métalliques. Les archéologues utilisent même la radiographie aux rayons X pour examiner des artefacts anciens.

L’industrie pétrolière a eu recours à des applications de physique des rayonnements dans le traitement et la production de pétrole. Les sociétés pétrolières utilisent un processus de radiation appelé craquage thermique par rayonnement (RTC) lors de la production de pétrole brut, de mazout, de goudron et du traitement des sous-produits de l'extraction de pétrole. RTC a un taux de production plus élevé, un coût inférieur et une consommation d'énergie bien inférieure aux méthodes traditionnelles. Le traitement par radiation des contaminants pétroliers offre une protection de l'environnement supérieure à celle des autres méthodes.

L'énergie nucléaire est un domaine en pleine croissance basé sur la physique des rayonnements appliquée. Grâce à un processus appelé fission nucléaire, l'énergie est extraite des atomes lors de réactions nucléaires contrôlées. Alors que les États-Unis produisent la plus grande quantité d'énergie nucléaire, la France produit le plus fort pourcentage de l'approvisionnement en électricité de son pays par le biais de réacteurs nucléaires.

Le domaine qui a le plus profité de la physique des rayonnements est la médecine. Grâce à l'application de la physique, les scientifiques ont mis au point des méthodes d'utilisation des rayonnements ionisants pour diagnostiquer et traiter des états pathologiques. Cela comprend non seulement les formes traditionnelles de rayons X, mais également les ultrasons, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et la médecine nucléaire.

La majorité de la médecine nucléaire implique l'imagerie et utilise des ordinateurs, des capteurs et des substances radioactives appelées produits radiopharmaceutiques. Les rayons X, la forme d'imagerie la plus ancienne, utilisent des rayons lumineux à haute fréquence pour construire des images. Les rayons gamma ont des fréquences encore plus élevées et sont utilisés en imagerie nucléaire. La tomographie par émission de positons (PET) et la tomographie par ordinateur à émission de photons unique (SPECT) sont deux des équipements d’imagerie nucléaire les plus utilisés.

L'utilisation la plus courante de la radiothérapie est le traitement des tumeurs cancéreuses. Cela implique généralement le dépôt de rayons X à haute énergie dans les cellules cancéreuses. Le rayonnement est absorbé par la cellule, ce qui provoque sa mort. La radiation est généralement transmise à la tumeur par une source externe. Le défi pour les physiciens médicaux consiste à diriger le rayonnement de manière à détruire le nombre minimum de cellules saines.

La curiethérapie par radiation implique l'application interne de matériaux de radiation. Dans ce traitement, des «graines» radioactives sont implantées à proximité de la tumeur. La libération du rayonnement est lente et la distance entre les graines et la tumeur est suffisamment courte pour limiter l'exposition du rayonnement aux cellules saines.

Les avantages de la physique des rayonnements traversent plusieurs disciplines et industries. Les préoccupations relatives à l'épuisement potentiel des combustibles fossiles font du développement de l'énergie nucléaire une priorité constante dans de nombreux pays. Le domaine de la médecine nucléaire est en train d'exploser. De nouveaux tests et traitements sont développés rapidement, faisant de la physique des rayonnements une discipline qui continuera à se développer.