Che cos'è la fisica delle radiazioni?
La fisica è lo studio scientifico della materia e dell'energia e della loro interazione. L'energia, come la luce, il calore o il suono, che viene emessa da una fonte, viaggia attraverso lo spazio o il materiale e quindi viene assorbita da un altro oggetto, viene definita radiazione. La fisica delle radiazioni è la branca della fisica che studia gli effetti delle radiazioni sulla materia. Questo campo ha contribuito a migliorare i processi di produzione, l'energia nucleare e le opzioni diagnostiche e terapeutiche avanzate.
I tipi di radiazione studiati dai fisici comprendono i raggi alfa, beta e gamma, i neutroni e i raggi X. Gli alfa sono particelle contenenti due protoni e due elezioni che vengono emesse dal nucleo di un atomo. I beta sono particelle ad alta velocità che sembrano identiche agli elettroni. I neutroni sono le particelle neutre all'interno del nucleo di tutte le cellule. I raggi gamma vengono emessi dal nucleo e i raggi X sono il risultato di cambiamenti energetici nel nucleo.
La tecnologia a raggi X è una delle applicazioni più familiari della fisica delle radiazioni e ha diverse applicazioni di produzione. Ad esempio, l'industria automobilistica utilizza radiografie ad alta energia per valutare le prestazioni del motore. I microscopi a raggi X vengono utilizzati per ispezionare stent e cateteri durante il processo di produzione e gli spessimetri a raggi X misurano la composizione chimica delle leghe metalliche. La radiografia a raggi X viene persino utilizzata dagli archeologi per esaminare manufatti antichi.
L'industria petrolifera ha impiegato applicazioni di fisica delle radiazioni nel trattamento e nella produzione di petrolio. Le compagnie petrolifere usano un processo di radiazione chiamato radiazione termica a radiazione (RTC) durante la produzione di petrolio greggio, olio combustibile, catrame e il trattamento dei rifiuti derivati dall'estrazione di petrolio. RTC ha un tasso di produzione più elevato, un costo inferiore e un consumo di energia molto più basso rispetto ai metodi tradizionali. Il trattamento con radiazioni dei contaminanti da olio offre una maggiore protezione ambientale rispetto ad altri metodi.
L'energia nucleare è un campo in crescita che si basa sulla fisica delle radiazioni applicata. Attraverso un processo noto come fissione nucleare, l'energia viene estratta dagli atomi durante le reazioni nucleari controllate. Mentre gli Stati Uniti producono la più grande quantità di energia nucleare, la Francia produce la più alta percentuale della fornitura elettrica della sua nazione attraverso i reattori nucleari.
Il campo che ha beneficiato maggiormente della fisica delle radiazioni, tuttavia, è la medicina. Attraverso l'applicazione della fisica, gli scienziati hanno sviluppato metodi per utilizzare le radiazioni ionizzanti per diagnosticare e trattare le condizioni mediche. Ciò include non solo le forme tradizionali di raggi X, ma anche ultrasuoni, risonanza magnetica (MRI) e medicina nucleare.
La maggior parte della medicina nucleare comprende l'imaging e impiega computer, sensori e materiali radioattivi chiamati radiofarmaci. I raggi X, la più antica forma di imaging, utilizzano raggi di luce ad alta frequenza per costruire immagini. I raggi gamma hanno frequenze ancora più elevate e sono utilizzati nell'imaging nucleare. La tomografia a emissione di positroni (PET) e la tomografia computerizzata a emissione di singoli fotoni (SPECT) sono due dei pezzi più ampiamente utilizzati di apparecchiature per imaging nucleare.
L'uso più comune della radioterapia è il trattamento dei tumori cancerosi. Questo di solito comporta il deposito di raggi X ad alta energia nelle cellule tumorali. La radiazione viene assorbita dalla cellula, causandone la morte. Le radiazioni vengono generalmente trasmesse al tumore attraverso una fonte esterna. La sfida per i fisici medici è quella di dirigere le radiazioni in modo tale da distruggere il numero minimo di cellule sane.
La brachiterapia a radiazione comporta l'applicazione interna di materiali per radiazioni. In questo trattamento, "semi" radioattivi vengono impiantati vicino al tumore. Il rilascio di radiazioni è lento e la distanza tra i semi e il tumore è abbastanza breve da limitare l'esposizione alle radiazioni in cellule sane.
I benefici della fisica delle radiazioni attraversano diverse discipline e settori. Le preoccupazioni per il potenziale esaurimento dei combustibili fossili rendono lo sviluppo dell'energia nucleare una priorità permanente in molte nazioni. Il campo della medicina nucleare sta esplodendo, con nuovi test e trattamenti sviluppati rapidamente, rendendo la fisica delle radiazioni una disciplina che continuerà a crescere.