Hva er strålefysikk?
Fysikk er den vitenskapelige studien av materie og energi, og deres interaksjon. Energi, for eksempel lys, varme eller lyd, som sendes ut fra en kilde, reiser gjennom rom eller materiale, og deretter blir absorbert av et annet objekt, defineres som stråling. Strålingsfysikk er gren av fysikk som studerer effekten av stråling på materie. Dette feltet har bidratt til å gi forbedrede produksjonsprosesser, kjernekraft og avanserte medisinske diagnostiske og behandlingsmuligheter.
De typer stråling som er studert av fysikere inkluderer alfa-, beta- og gammastråler, nøytroner og røntgenstråler. Alphas er partikler som inneholder to protoner og to valg som sendes ut fra kjernen til et atom. Beta er høyhastighetspartikler som virker identiske med elektroner. Nøytroner er de nøytrale partiklene i kjernen til alle celler. Gamma-stråler sendes ut av kjernen, og røntgenstråler er et resultat av energiforandringer i kjernen.
Røntgenteknologi er en av de mest kjente bruksområdene for strålingsfysikk, og har flere produksjonsapplikasjoner. For eksempel bruker bilindustrien røntgenstråler med høy energi for å evaluere motorens ytelse. Røntgenmikroskop brukes til å inspisere stenter og katetre under produksjonsprosessen, og røntgenmålertykkere måler den kjemiske sammensetningen av metalllegeringer. Røntgenradiografi brukes til og med av arkeologer for å undersøke gamle gjenstander.
Oljeindustrien har brukt strålingsfysiske applikasjoner i behandling og produksjon av petroleum. Oljeselskaper bruker en strålingsprosess som kalles stråling termisk krakking (RTC) under produksjonen av råolje, fyringsolje, tjære og behandling av biprodukter fra avfallet fra oljeekstraksjon. RTC har en høyere produksjonshastighet, lavere kostnader og mye lavere energiforbruk enn tradisjonelle metoder. Strålebehandling av oljeforurensninger gir større miljøbeskyttelse enn andre metoder.
Atomenergi er et voksende felt som er basert på anvendt strålingsfysikk. Gjennom en prosess kjent som kjernefysisk fisjon blir energi utvunnet fra atomer under kontrollerte atomreaksjoner. Mens USA produserer den største mengden atomkraft, produserer Frankrike den høyeste prosentandelen av landets elektriske forsyning gjennom atomreaktorer.
Feltet som har hatt mest utbytte av strålingsfysikk er imidlertid medisin. Gjennom anvendelsen av fysikk har forskere utviklet metoder for å bruke ioniserende stråling for diagnostisering og behandling av medisinske tilstander. Dette inkluderer ikke bare de tradisjonelle formene for røntgenstråler, men også ultralyd, MRI (magnet resonance imaging) og nukleær medisin.
Størstedelen av nukleærmedisin involverer avbildning og sysselsetter datamaskiner, sensorer og radioaktive materialer som kalles radiofarmasi. Røntgenbilder, den eldste formen for avbildning, bruker høyfrekvente lysstråler for å konstruere bilder. Gamma-stråler har enda høyere frekvenser, og brukes i kjernefysisk avbildning. Positron emission tomography (PET) og single photon emission computer tomography (SPECT) er to av de mest brukte delene av kjernefysisk bildebehandlingsutstyr.
Den vanligste bruken av strålebehandling er til behandling av kreftsvulster. Dette innebærer vanligvis å avsette røntgenstråler med høy energi i kreftcellene. Strålingen tas opp av cellen, og får den til å dø. Stråling blir vanligvis levert til svulsten gjennom en ekstern kilde. Utfordringen for medisinske fysikere er å rette strålingen på en slik måte at minimum antall sunne celler blir ødelagt.
Stråling brachytherapy innebærer intern påføring av stråling materialer. I denne behandlingen blir radioaktive "frø" implantert nær svulsten. Frigjøringen av stråling er langsom, og avstanden mellom frøene og svulsten er kort nok til at strålingseksponeringen for sunne celler er begrenset.
Fordelene med strålingsfysikk krysser flere fagområder og bransjer. Bekymringer for potensiell uttømming av fossile brensler gjør utvikling av kjernekraft til en fortsatt prioritering i mange nasjoner. Feltet med nukleær medisin eksploderer, med nye tester og behandlinger som utvikles raskt, noe som gjør strålefysikk til en disiplin som vil fortsette å vokse.