Co to jest fizyka radiacyjna?

Fizyka to naukowe badanie materii i energii oraz ich interakcji. Energia, taka jak światło, ciepło lub dźwięk, która jest emitowana z jednego źródła, przemieszcza się w przestrzeni lub materiale, a następnie jest absorbowana przez inny obiekt, jest określana jako promieniowanie. Fizyka radiacyjna to gałąź fizyki, która bada wpływ promieniowania na materię. Dziedzina ta przyczyniła się do poprawy procesów produkcji, energii jądrowej oraz zaawansowanych opcji diagnostyki medycznej i leczenia.

Rodzaje promieniowania badane przez fizyków obejmują promienie alfa, beta i gamma, neutrony i promieniowanie rentgenowskie. Alfa to cząstki zawierające dwa protony i dwa wybory, które są emitowane z jądra atomu. Betas to cząstki o dużej prędkości, które wyglądają identycznie jak elektrony. Neutrony są neutralnymi cząsteczkami w jądrze wszystkich komórek. Promienie gamma są emitowane przez jądro, a promieniowanie rentgenowskie jest wynikiem zmian energii w jądrze.

Technologia rentgenowska jest jednym z najbardziej znanych zastosowań fizyki promieniowania i ma kilka zastosowań produkcyjnych. Na przykład przemysł samochodowy wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie o wysokiej energii do oceny wydajności silnika. Mikroskopy rentgenowskie służą do kontroli stentów i cewników podczas procesu produkcyjnego, a grubościomierze rentgenowskie mierzą skład chemiczny stopów metali. Radiografia rentgenowska jest nawet wykorzystywana przez archeologów do badania starożytnych artefaktów.

Przemysł naftowy zastosował fizykę promieniowania w obróbce i produkcji ropy naftowej. Firmy naftowe stosują proces radiacyjny zwany krakowaniem termicznym (RTC) podczas produkcji ropy naftowej, oleju opałowego, smoły i przetwarzania odpadów ubocznych produktów wydobycia ropy naftowej. RTC ma wyższą wydajność, niższy koszt i znacznie niższe zużycie energii niż tradycyjne metody. Promieniowanie zanieczyszczeń olejowych zapewnia lepszą ochronę środowiska niż inne metody.

Energia jądrowa to rosnąca dziedzina, która opiera się na stosowanej fizyce promieniowania. W procesie znanym jako rozszczepienie jądra energia jest wydobywana z atomów podczas kontrolowanych reakcji jądrowych. Podczas gdy Stany Zjednoczone produkują największą ilość energii jądrowej, Francja produkuje najwyższy procent dostaw energii elektrycznej w swoim kraju przez reaktory jądrowe.

Jednak dziedziną, która najbardziej skorzystała z fizyki promieniowania, jest medycyna. Dzięki zastosowaniu fizyki naukowcy opracowali metody wykorzystania promieniowania jonizującego do diagnozowania i leczenia chorób. Dotyczy to nie tylko tradycyjnych form promieniowania rentgenowskiego, ale także ultradźwięków, rezonansu magnetycznego (MRI) i medycyny nuklearnej.

Większość medycyny nuklearnej obejmuje obrazowanie i wykorzystuje komputery, czujniki i materiały radioaktywne zwane radiofarmaceutykami. Promienie rentgenowskie, najstarsza forma obrazowania, wykorzystują promienie świetlne o wysokiej częstotliwości do konstruowania obrazów. Promienie gamma mają jeszcze wyższe częstotliwości i są wykorzystywane w obrazowaniu jądrowym. Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) i komputerowa tomografia emisyjna pojedynczych fotonów (SPECT) są dwoma najczęściej stosowanymi urządzeniami do obrazowania jądrowego.

Najczęstszym zastosowaniem radioterapii jest leczenie nowotworów nowotworowych. Zwykle wiąże się to z osadzaniem promieni rentgenowskich o wysokiej energii w komórkach rakowych. Promieniowanie jest absorbowane przez komórkę, powodując jej śmierć. Promieniowanie jest generalnie dostarczane do guza z zewnętrznego źródła. Wyzwaniem dla fizyków medycznych jest ukierunkowanie promieniowania w taki sposób, aby zniszczyć minimalną liczbę zdrowych komórek.

Brachyterapia radiacyjna polega na wewnętrznym zastosowaniu materiałów radiacyjnych. W tym zabiegu radioaktywne „nasiona” są wszczepiane w pobliżu guza. Uwalnianie promieniowania jest powolne, a odległość między nasionami a guzem jest na tyle krótka, że ​​narażenie na promieniowanie zdrowych komórek jest ograniczone.

Korzyści płynące z fizyki radiacyjnej obejmują wiele dyscyplin i gałęzi przemysłu. Obawy dotyczące potencjalnego wyczerpania paliw kopalnych sprawiają, że rozwój energii jądrowej jest stałym priorytetem w wielu krajach. Dziedzina medycyny nuklearnej eksploduje, a nowe testy i terapie są opracowywane szybko, dzięki czemu fizyka promieniowania jest dyscypliną, która będzie się nadal rozwijać.