Wat is stralingsfysica?
Natuurkunde is de wetenschappelijke studie van materie en energie, en hun interactie. Energie, zoals licht, warmte of geluid, die wordt uitgestraald door een bron, reist door ruimte of materiaal en wordt vervolgens geabsorbeerd door een ander object, wordt gedefinieerd als straling. Stralingsfysica is de tak van de fysica die de effecten van straling op materie bestudeert. Dit veld heeft bijgedragen tot verbeterde productieprocessen, kernenergie en geavanceerde opties voor medische diagnostiek en behandeling.
De soorten straling bestudeerd door natuurkundigen omvatten alfa-, bèta- en gammastralen, neutronen en röntgenstralen. Alfa's zijn deeltjes die twee protonen en twee verkiezingen bevatten die worden uitgezonden door de kern van een atoom. Bèta's zijn deeltjes met hoge snelheid die identiek lijken aan elektronen. Neutronen zijn de neutrale deeltjes in de kern van alle cellen. Gammastralen worden uitgezonden door de kern en röntgenstralen zijn het resultaat van energieveranderingen in de kern.
Röntgentechnologie is een van de meest bekende toepassingen van stralingsfysica en heeft verschillende productietoepassingen. De auto-industrie gebruikt bijvoorbeeld röntgenstralen met hoge energie om de motorprestaties te evalueren. Röntgenmicroscopen worden gebruikt om stents en katheters tijdens het productieproces te inspecteren, en röntgendiktemeters meten de chemische samenstelling van metaallegeringen. Röntgenradiografie wordt zelfs door archeologen gebruikt om oude artefacten te onderzoeken.
De olie-industrie heeft stralingsfysische toepassingen toegepast bij de behandeling en productie van aardolie. Oliemaatschappijen gebruiken een stralingsproces genaamd straling thermisch kraken (RTC) tijdens de productie van ruwe olie, stookolie, teer en de behandeling van de afvalbijproducten van oliewinning. RTC heeft een hogere productiesnelheid, lagere kosten en een veel lager energieverbruik dan traditionele methoden. Stralingsbehandeling van olieverontreinigingen biedt een betere milieubescherming dan andere methoden.
Kernenergie is een groeiend veld dat is gebaseerd op toegepaste stralingsfysica. Via een proces dat bekend staat als kernsplijting, wordt energie gewonnen uit atomen tijdens gecontroleerde kernreacties. Terwijl de Verenigde Staten de grootste hoeveelheid kernenergie produceren, produceert Frankrijk het hoogste percentage van de elektriciteitsvoorziening van zijn land via kernreactoren.
Het veld dat het meest van de stralingsfysica heeft geprofiteerd, is echter geneeskunde. Door toepassing van natuurkunde hebben wetenschappers methoden ontwikkeld om ioniserende straling te gebruiken voor het diagnosticeren en behandelen van medische aandoeningen. Dit omvat niet alleen de traditionele vormen van röntgenstralen, maar ook echografie, magnetische resonantie beeldvorming (MRI) en nucleaire geneeskunde.
De meeste nucleaire geneeskunde omvat beeldvorming en maakt gebruik van computers, sensoren en radioactieve materialen die radiofarmaca worden genoemd. X-stralen, de oudste vorm van beeldvorming, maakt gebruik van hoogfrequente lichtstralen om beelden te construeren. Gammastralen hebben zelfs hogere frequenties en worden gebruikt in nucleaire beeldvorming. Positronemissietomografie (PET) en computertomografie met enkele fotonemissie (SPECT) zijn twee van de meest gebruikte onderdelen van nucleaire beeldvormingsapparatuur.
Het meest voorkomende gebruik van bestralingstherapie is de behandeling van kankertumoren. Dit houdt meestal in dat röntgenstralen met hoge energie in de kankercellen worden afgezet. De straling wordt geabsorbeerd door de cel, waardoor deze sterft. Straling wordt meestal via een externe bron aan de tumor afgegeven. De uitdaging voor medisch fysici is om de straling zodanig te richten dat het minimum aantal gezonde cellen wordt vernietigd.
Stralingsbrachytherapie omvat de interne toepassing van stralingsmaterialen. Bij deze behandeling worden radioactieve "zaden" geïmplanteerd in de buurt van de tumor. De afgifte van straling is langzaam en de afstand tussen de zaden en de tumor is kort genoeg zodat de blootstelling aan straling aan gezonde cellen beperkt is.
De voordelen van stralingsfysica overstijgen verschillende disciplines en industrieën. Bezorgdheid over mogelijke uitputting van fossiele brandstoffen maakt van de ontwikkeling van kernenergie een doorlopende prioriteit in veel landen. Het gebied van nucleaire geneeskunde explodeert, met nieuwe tests en behandelingen die snel worden ontwikkeld, waardoor stralingsfysica een discipline wordt die zal blijven groeien.