Fizica este studiul științific al materiei și energiei și al interacțiunii lor. Energia, cum ar fi lumina, căldura sau sunetul, care este emisă dintr-o sursă, călătorește prin spațiu sau material și apoi este absorbită de un alt obiect, este definită ca radiație. Fizica radiațiilor este ramura fizicii care studiază efectele radiațiilor asupra materiei. Acest domeniu a fost esențial în furnizarea de procese de producție îmbunătățite, energie nucleară și opțiuni avansate de diagnostic și tratament medical.
Tipurile de radiații studiate de fizicieni includ razele alfa, beta și gama, neutronii și razele X. Alfa sunt particule care conțin doi protoni și două alegeri care sunt emise din nucleul unui atom. Beta sunt particule de mare viteză care par identice cu electronii. Neutronii sunt particulele neutre din nucleul tuturor celulelor. Razele gamma sunt emise de nucleu, iar razele X sunt rezultatul modificărilor de energie din nucleu.
Tehnologia cu raze X este una dintre cele mai cunoscute aplicații ale fizicii radiațiilor și are mai multe aplicații de fabricație. De exemplu, industria automobilelor folosește raze X de mare energie pentru a evalua performanța motorului. Microscoapele cu raze X sunt folosite pentru a inspecta stenturile și cateterele în timpul procesului de producție, iar instrumentele cu raze X măsoară compoziția chimică a aliajelor metalice. Radiografia cu raze X este folosită chiar de arheologi pentru a examina artefacte antice.
Industria petrolieră a folosit aplicații ale fizicii radiațiilor în tratarea și producția de petrol. Companiile petroliere folosesc un proces de radiație numit cracare termică prin radiație (RTC) în timpul producției de țiței, păcură, gudron și tratarea deșeurilor subproduse de extracție a petrolului. RTC are o rată de producție mai mare, costuri mai mici și un consum de energie mult mai mic decât metodele tradiționale. Tratarea cu radiații a contaminanților petrolului oferă o protecție mai mare a mediului decât alte metode.
Energia nucleară este un domeniu în creștere care se bazează pe fizica aplicată a radiațiilor. Printr-un proces cunoscut sub numele de fisiune nucleară, energia este extrasă din atomi în timpul reacțiilor nucleare controlate. În timp ce Statele Unite ale Americii produc cea mai mare cantitate de energie nucleară, Franța produce cel mai mare procent din furnizarea de energie electrică a națiunii sale prin reactoare nucleare.
Domeniul care a beneficiat cel mai mult de pe urma fizicii radiațiilor este însă medicina. Prin aplicarea fizicii, oamenii de știință au dezvoltat metode de utilizare a radiațiilor ionizante pentru diagnosticarea și tratarea afecțiunilor medicale. Aceasta include nu numai formele tradiționale de raze X, ci și ultrasunetele, imagistica prin rezonanță magnetică (IRM) și medicina nucleară.
Majoritatea medicinei nucleare implică imagistica și folosește computere, senzori și materiale radioactive numite radiofarmaceutice. Razele X, cea mai veche formă de imagistică, utilizează razele de lumină de înaltă frecvență pentru a construi imagini. Razele gamma au frecvențe și mai mari și sunt utilizate în imagistica nucleară. Tomografia cu emisie de pozitroni (PET) și tomografia computerizată cu emisie de un singur foton (SPECT) sunt două dintre cele mai utilizate piese de echipamente de imagistică nucleară.
Cea mai frecventă utilizare a radioterapiei este pentru tratamentul tumorilor canceroase. Acest lucru implică de obicei depunerea de raze X de mare energie în celulele canceroase. Radiația este absorbită de celulă, provocând moartea acesteia. Radiația este în general livrată tumorii printr-o sursă externă. Provocarea pentru fizicienii medicali este de a dirija radiațiile în așa fel încât numărul minim de celule sănătoase să fie distruse.
Brahiterapia cu radiații presupune aplicarea internă a materialelor cu radiații. În acest tratament, „semințele” radioactive sunt implantate în apropierea tumorii. Eliberarea radiațiilor este lentă, iar distanța dintre semințe și tumoră este suficient de scurtă încât expunerea la radiații la celulele sănătoase este limitată.
Beneficiile fizicii radiațiilor traversează mai multe discipline și industrii. Preocupările cu privire la potențiala epuizare a combustibililor fosili fac din dezvoltarea energiei nucleare o prioritate continuă în multe țări. Domeniul medicinei nucleare explodează, noi teste și tratamente fiind dezvoltate rapid, făcând din fizica radiațiilor o disciplină care va continua să crească.