Vad är strålningsfysik?
Fysik är den vetenskapliga studien av materia och energi och deras interaktion. Energi, såsom ljus, värme eller ljud, som släpps ut från en källa, reser genom rymden eller materialet och sedan absorberas av ett annat objekt, definieras som strålning. Strålningsfysik är den gren av fysik som studerar effekterna av strålning på materien. Detta område har bidragit till att ge förbättrade tillverkningsprocesser, kärnenergi och avancerade medicinska diagnostiska och behandlingsalternativ.
De typer av strålning som studerats av fysiker inkluderar alfa-, beta- och gammastrålar, neutroner och röntgenstrålar. Tyngdpunkt är partiklar som innehåller två protoner och två val som släpps ut från en atomkärna. Betor är höghastighetspartiklar som verkar identiska med elektroner. Neutroner är de neutrala partiklarna i kärnan i alla celler. Gamma-strålar släpps ut av kärnan, och röntgenstrålar är ett resultat av energiförändringar i kärnan.
Röntgenteknologi är en av strålningsfysikens mest kända tillämpningar och har flera tillverkningstillämpningar. Till exempel använder bilindustrin röntgenstrålar med hög energi för att utvärdera motorns prestanda. Röntgenmikroskop används för att inspektera stentar och katetrar under produktionsprocessen, och mätare av röntgendjocklek mäter den kemiska sammansättningen av metalllegeringar. Röntgenradiografi används till och med av arkeologer för att undersöka gamla artefakter.
Oljeindustrin har använt strålningsfysikapplikationer vid behandling och produktion av petroleum. Oljebolag använder en strålningsprocess som kallas strålning termisk krackning (RTC) vid produktionen av råolja, eldningsolja, tjära och behandlingen av biprodukter från avfall från oljeutvinning. RTC har en högre produktionshastighet, lägre kostnad och mycket lägre energiförbrukning än traditionella metoder. Strålningsbehandling av oljeföroreningar ger större miljöskydd än andra metoder.
Kärnenergi är ett växande fält som bygger på tillämpad strålningsfysik. Genom en process som kallas kärnklyvning utvinns energi från atomer under kontrollerade kärnreaktioner. Medan Förenta staterna producerar den största mängden kärnkraft producerar Frankrike den högsta andelen av landets elförsörjning genom kärnreaktorer.
Fältet som gynnats mest av strålningsfysik är dock medicin. Genom tillämpningen av fysik har forskare utvecklat metoder för att använda joniserande strålning för att diagnostisera och behandla medicinska tillstånd. Detta inkluderar inte bara de traditionella formerna av röntgenstrålar, utan också ultraljud, magnetisk resonansavbildning (MRI) och kärnmedicin.
Huvuddelen av kärnmedicin involverar avbildning och sysselsätter datorer, sensorer och radioaktiva material som kallas radiofarmaceutika. Röntgenstrålar, den äldsta formen för avbildning, använder högfrekventa ljusstrålar för att konstruera bilder. Gamma-strålar har ännu högre frekvenser och används vid nukleär avbildning. Positron emission tomography (PET) och single photon emission computertomografi (SPECT) är två av de mest använda bitarna av kärnbildsutrustning.
Den vanligaste användningen av strålterapi är för behandling av cancertumörer. Detta innebär vanligtvis att avsätta högenergi röntgenstrålar i cancercellerna. Strålningen absorberas av cellen och får den att dö. Strålning avges vanligtvis till tumören via en extern källa. Utmaningen för medicinska fysiker är att rikta strålningen på ett sådant sätt att det minsta antalet friska celler förstörs.
Strålningsbrakyterapi involverar intern applicering av strålningsmaterial. I denna behandling implanteras radioaktiva "frön" nära tumören. Strålningens frisättning är långsam, och avståndet mellan frön och tumör är tillräckligt kort för att strålningsexponeringen för friska celler är begränsad.
Fördelarna med strålningsfysik korsar flera discipliner och branscher. Oro över potentiellt utarmning av fossila bränslen gör utvecklingen av kärnenergi en pågående prioritering i många länder. Området för kärnmedicin exploderar, med nya tester och behandlingar som utvecklas snabbt, vilket gör strålningsfysik till en disciplin som kommer att fortsätta växa.