ฟิสิกส์ของรังสีคืออะไร?

ฟิสิกส์คือการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ของสสารและพลังงานและการมีปฏิสัมพันธ์ พลังงานเช่นแสงความร้อนหรือเสียงซึ่งถูกปล่อยออกมาจากแหล่งหนึ่งเดินทางผ่านอวกาศหรือวัสดุจากนั้นวัตถุอื่นถูกดูดซับไว้จะถูกกำหนดเป็นรังสี ฟิสิกส์การแผ่รังสีเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาผลกระทบของรังสีต่อสสาร สาขานี้เป็นเครื่องมือในการปรับปรุงกระบวนการผลิตพลังงานนิวเคลียร์และตัวเลือกการวินิจฉัยและการรักษาขั้นสูง

ประเภทของรังสีที่ศึกษาโดยนักฟิสิกส์ ได้แก่ รังสีอัลฟ่าเบต้าและแกมมานิวตรอนและรังสีเอกซ์ อัลฟาคืออนุภาคที่มีโปรตอนสองตัวและการเลือกตั้งสองครั้งซึ่งถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสของอะตอม เบตาเป็นอนุภาคความเร็วสูงซึ่งดูเหมือนอิเลคตรอน นิวตรอนเป็นอนุภาคที่เป็นกลางภายในนิวเคลียสของเซลล์ทั้งหมด รังสีแกมมาถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสและรังสีเอกซ์เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานในนิวเคลียส

เทคโนโลยี X-ray เป็นหนึ่งในแอพพลิเคชั่นที่คุ้นเคยที่สุดของฟิสิกส์รังสีและมีแอพพลิเคชั่นการผลิตมากมาย ตัวอย่างเช่นอุตสาหกรรมยานยนต์ใช้รังสีเอกซ์พลังงานสูงเพื่อประเมินประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ กล้องจุลทรรศน์ X-ray ใช้ในการตรวจสอบขดลวดและสายสวนในระหว่างกระบวนการผลิตและเครื่องวัดความหนาของเอ็กซ์เรย์วัดองค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสม นักรังสีเอกซ์ยังใช้การถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์เพื่อตรวจสอบสิ่งประดิษฐ์โบราณ

อุตสาหกรรมน้ำมันได้ว่าจ้างแอปพลิเคชันฟิสิกส์ของรังสีในการบำบัดและการผลิตปิโตรเลียม บริษัท น้ำมันใช้กระบวนการฉายรังสีที่เรียกว่าการแผ่รังสีความร้อน (RTC) ในระหว่างการผลิตน้ำมันดิบน้ำมันเชื้อเพลิงน้ำมันดินและการบำบัดของเสียจากการสกัดน้ำมัน RTC มีอัตราการผลิตที่สูงขึ้นต้นทุนที่ต่ำกว่าและการใช้พลังงานที่ต่ำกว่าวิธีดั้งเดิม การบำบัดด้วยรังสีของสารปนเปื้อนน้ำมันให้การปกป้องสิ่งแวดล้อมมากกว่าวิธีอื่น

พลังงานนิวเคลียร์เป็นสาขาที่กำลังเติบโตซึ่งขึ้นอยู่กับฟิสิกส์ของรังสีประยุกต์ ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าฟิชชันนิวเคลียร์พลังงานจะถูกดึงออกมาจากอะตอมในระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ควบคุม ในขณะที่สหรัฐอเมริกาผลิตพลังงานนิวเคลียร์ในปริมาณมากที่สุด แต่ฝรั่งเศสก็ผลิตไฟฟ้าได้มากที่สุดในประเทศผ่านเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

อย่างไรก็ตามสาขาที่ได้รับประโยชน์มากที่สุดจากฟิสิกส์รังสีคือยา นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาวิธีการใช้รังสีไอออไนซ์สำหรับการวินิจฉัยและรักษาอาการป่วยด้วยการประยุกต์ใช้ฟิสิกส์ ซึ่งรวมถึงรังสีเอกซ์ในรูปแบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเครื่องอัลตราซาวด์การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) และเวชศาสตร์นิวเคลียร์

เวชศาสตร์นิวเคลียร์ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพและใช้คอมพิวเตอร์เซ็นเซอร์และวัสดุกัมมันตรังสีที่เรียกว่า X-ray ซึ่งเป็นรูปแบบการถ่ายภาพที่เก่าแก่ที่สุดใช้รังสีของแสงความถี่สูงในการสร้างภาพ รังสีแกมมามีความถี่สูงขึ้นและใช้ในการถ่ายภาพนิวเคลียร์ โพซิตรอนฉายเอกซ์เรย์ (PET) และเอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์เอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์เอกซ์เรย์ (SPECT) สองชิ้นส่วนที่ใช้กันอย่างกว้างขวางที่สุดของอุปกรณ์ถ่ายภาพนิวเคลียร์

การใช้รังสีบำบัดที่ใช้กันมากที่สุดคือการรักษาเนื้องอกมะเร็ง ซึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับการสะสมรังสีเอกซ์พลังงานสูงเข้าสู่เซลล์มะเร็ง การแผ่รังสีถูกดูดซับโดยเซลล์ทำให้มันตาย การแผ่รังสีโดยทั่วไปจะถูกส่งไปยังเนื้องอกผ่านแหล่งภายนอก ความท้าทายสำหรับนักฟิสิกส์การแพทย์คือการควบคุมการแผ่รังสีในลักษณะที่จำนวนเซลล์ที่มีสุขภาพดีจะถูกทำลาย

การฉายรังสี brachytherapy เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้วัสดุรังสีภายใน ในการรักษานี้จะมีการฝัง“ เมล็ด” กัมมันตภาพรังสีใกล้กับเนื้องอก การปลดปล่อยรังสีช้าและระยะห่างระหว่างเมล็ดและเนื้องอกนั้นสั้นพอที่การแผ่รังสีจากเซลล์ที่มีสุขภาพดีจะถูก จำกัด

ประโยชน์ของฟิสิกส์รังสีครอบคลุมหลายสาขาและอุตสาหกรรม ความกังวลเกี่ยวกับการสูญเสียเชื้อเพลิงฟอสซิลที่อาจเกิดขึ้นทำให้การพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์มีความสำคัญอย่างต่อเนื่องในหลายประเทศ สาขาเวชศาสตร์นิวเคลียร์กำลังขยายตัวด้วยการทดสอบและการรักษาใหม่ ๆ ที่พัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้ฟิสิกส์ของรังสีเป็นวินัยที่จะเติบโตต่อไป