Wat is de rol van fysica in nucleaire geneeskunde?
In de breedste zin van het woord richten fysica-onderzoeken zich op fysieke objecten, hun compositorische materie en hun interacties en bewegingen door ruimte en tijd. Natuurkunde wordt gebruikt als een middel om gebeurtenissen en situaties in de natuurlijke wereld te verklaren, en natuurkundetheorieën zijn daarom een sterk onderdeel van verschillende wetenschappelijke disciplines, waaronder astronomie, biologie en nucleaire studies. Het gebruik van fysica in nucleaire geneeskunde houdt in dat natuurkundige principes en theorieën zoals radioactief verval en fusie of splijting worden toegepast bij het genereren van medische technologie. Het bestuderen van materie op de meest elementaire niveaus van deeltjescellen is de hoeksteen van de fysica in de nucleaire geneeskunde. Principes in nucleaire fysica worden meestal medisch gebruikt bij het testen van afbeeldingen en het maken van geneesmiddelen.
Nucleaire geneeskunde is een vorm van toegepaste fysica. Toepassingen van fysica in nucleaire geneeskunde maken gebruik van fysica-theorieën en subdisciplines om werkobjecten of nieuwe methoden voor het uitvoeren van taken te ontwerpen en maken. Ze gebruiken streng geteste wetenschappelijke methoden en proberen stabiele en onveranderlijke wetenschappelijke wetten toe te passen. Kwantummechanica is bijvoorbeeld een fysica-subveld dat gaat over hoe deeltjes zoals die in radioactief verval worden gegenereerd, ook golfachtige eigenschappen hebben en hoe deze deeltjes zowel met elkaar als met energiekrachten interageren.
Nucleaire fysica is de basis van nucleaire technologie, inclusief nucleaire geneeskunde. Dit brede veld is gericht op de kernen in atomen, met name hun structuur en interacties. Wetenschappers kunnen de binnenste delen van deze cellen manipuleren en krachtige reacties veroorzaken, die meestal straling produceren - een basisfysisch principe van energie die door de ruimte beweegt. Nucleaire onderzoeksactiviteiten die energie kunnen genereren, zijn onder meer versnellen, opwarmen, overbrengen, vervallen, splitsen en fuseren. Deze laatste activiteiten zijn vooral prominent in de nucleaire geneeskunde.
Splijting en fusie zijn nucleaire reacties die kunnen worden gebruikt om energie voor fysica in de nucleaire geneeskunde te genereren. De eerste gebeurtenis omvat het splitsen van atoomdeeltjes, terwijl de laatste het combineren van atoommateriaal met elkaar omvat. Natuurkundigen veroorzaken deze reacties in apparaten die kernreactoren worden genoemd. Op medisch gebied worden onderzoeksreactoren vaak gebruikt voor analyse, voor testen en voor de productie van radio-isotopen of het nucleaire materiaal van atomen.
Een hoofdcomponent van nucleaire fysica in de geneeskunde heeft betrekking op diagnostische beeldvorming. Deze processen - ook wel nuclide-beeldvorming genoemd - vinden plaats wanneer de arts nuclidedeeltjes in het lichaam injecteert. Terwijl deze deeltjes vervallen, genereren ze radioactieve vormen van energie die gammastralen worden genoemd. Specifieke apparatuur zoals gammacamera's detecteren vervolgens verschillen in radioactiviteit. Variaties geven vaak inzicht in de functionele capaciteiten van verschillende lichaamsgebieden en delen.
In radioactief verval, zoals dat gevonden wordt in beeldvormingspraktijken, staan de deeltjesactiviteiten in de fysica bekend als zwakke interacties omdat ze geen sterk en bindend effect creëren. Andere soorten basistypen interactie in de fysica zijn onder meer elektromagnetisme en zwaartekracht. Artsen gebruiken de elektrisch geladen deeltjesinteracties in elektromagnetisme om MRI-machines (magnetic resonance imaging) te maken.
Een andere toepassing van fysica in nucleaire geneeskunde doet zich voor wanneer nuclidematerialen worden gebruikt voor medische behandelingen. Wanneer radionuclidemateriaal bijvoorbeeld wordt gecombineerd met bepaalde soorten geneesmiddelen, is het resultaat van deze interactie radiofarmaca. Deze behandelingen worden meestal gebruikt voor specifieke soorten aandoeningen, zoals kanker. Directe stralingsbronnen voor energie kunnen ook worden gebruikt bij behandelingen met kankerbestraling, waarbij stralingsstralen worden gericht op doelgebieden in het lichaam in de hoop dat ze schadelijke stoffen vernietigen.