Η Φυσική είναι η επιστημονική μελέτη της ύλης και της ενέργειας και η αλληλεπίδρασή τους. Ως ακτινοβολία ορίζεται η ενέργεια, όπως το φως, η θερμότητα ή ο ήχος, που εκπέμπεται από μια πηγή, ταξιδεύει μέσω του χώρου ή του υλικού και στη συνέχεια απορροφάται από ένα άλλο αντικείμενο. Η φυσική ακτινοβολίας είναι ο κλάδος της φυσικής που μελετά τις επιπτώσεις της ακτινοβολίας στην ύλη. Αυτός ο τομέας υπήρξε καθοριστικός για την παροχή βελτιωμένων διαδικασιών παραγωγής, πυρηνικής ενέργειας και προηγμένων ιατρικών διαγνωστικών και θεραπευτικών επιλογών.
Οι τύποι ακτινοβολίας που μελετήθηκαν από τους φυσικούς περιλαμβάνουν τις ακτίνες άλφα, βήτα και γάμμα, τα νετρόνια και τις ακτίνες Χ. Τα άλφα είναι σωματίδια που περιέχουν δύο πρωτόνια και δύο εκλογές που εκπέμπονται από τον πυρήνα ενός ατόμου. Τα βήτα είναι σωματίδια υψηλής ταχύτητας που φαίνονται πανομοιότυπα με τα ηλεκτρόνια. Τα νετρόνια είναι τα ουδέτερα σωματίδια στον πυρήνα όλων των κυττάρων. Οι ακτίνες γάμμα εκπέμπονται από τον πυρήνα και οι ακτίνες Χ είναι αποτέλεσμα ενεργειακών αλλαγών στον πυρήνα.
Η τεχνολογία ακτίνων Χ είναι μια από τις πιο γνωστές εφαρμογές της φυσικής της ακτινοβολίας και έχει αρκετές κατασκευαστικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, η αυτοκινητοβιομηχανία χρησιμοποιεί ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας για να αξιολογήσει την απόδοση του κινητήρα. Τα μικροσκόπια ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται για την επιθεώρηση στεντ και καθετήρων κατά τη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας και οι μετρητές πάχους ακτίνων Χ μετρούν τη χημική σύνθεση των μεταλλικών κραμάτων. Η ακτινογραφία με ακτίνες Χ χρησιμοποιείται ακόμη και από τους αρχαιολόγους για να εξετάσουν αρχαία αντικείμενα.
Η βιομηχανία πετρελαίου έχει χρησιμοποιήσει εφαρμογές φυσικής ακτινοβολίας στην επεξεργασία και παραγωγή πετρελαίου. Οι πετρελαϊκές εταιρείες χρησιμοποιούν μια διαδικασία ακτινοβολίας που ονομάζεται θερμική πυρόλυση ακτινοβολίας (RTC) κατά την παραγωγή αργού πετρελαίου, μαζούτ, πίσσας και την επεξεργασία των αποβλήτων υποπροϊόντων της εξόρυξης πετρελαίου. Το RTC έχει υψηλότερο ρυθμό παραγωγής, χαμηλότερο κόστος και πολύ χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας από τις παραδοσιακές μεθόδους. Η επεξεργασία με ακτινοβολία των ρύπων πετρελαίου παρέχει μεγαλύτερη προστασία του περιβάλλοντος από άλλες μεθόδους.
Η πυρηνική ενέργεια είναι ένα αναπτυσσόμενο πεδίο που βασίζεται στην εφαρμοσμένη φυσική ακτινοβολίας. Μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως πυρηνικής σχάσης, η ενέργεια εξάγεται από τα άτομα κατά τη διάρκεια ελεγχόμενων πυρηνικών αντιδράσεων. Ενώ οι Ηνωμένες Πολιτείες παράγουν τη μεγαλύτερη ποσότητα πυρηνικής ενέργειας, η Γαλλία παράγει το υψηλότερο ποσοστό της ηλεκτρικής προμήθειας της χώρας της μέσω πυρηνικών αντιδραστήρων.
Ο τομέας που έχει ωφεληθεί περισσότερο από τη φυσική ακτινοβολίας, ωστόσο, είναι η ιατρική. Μέσω της εφαρμογής της φυσικής, οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μεθόδους χρήσης ιονίζουσας ακτινοβολίας για τη διάγνωση και τη θεραπεία ιατρικών καταστάσεων. Αυτό περιλαμβάνει όχι μόνο τις παραδοσιακές μορφές ακτίνων Χ, αλλά και υπερήχους, μαγνητική τομογραφία (MRI) και πυρηνική ιατρική.
Η πλειοψηφία της πυρηνικής ιατρικής περιλαμβάνει απεικόνιση και χρησιμοποιεί υπολογιστές, αισθητήρες και ραδιενεργά υλικά που ονομάζονται ραδιοφάρμακα. Οι ακτίνες Χ, η παλαιότερη μορφή απεικόνισης, χρησιμοποιούν ακτίνες φωτός υψηλής συχνότητας για την κατασκευή εικόνων. Οι ακτίνες γάμμα έχουν ακόμη υψηλότερες συχνότητες και χρησιμοποιούνται στην πυρηνική απεικόνιση. Η τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET) και η τομογραφία μονής εκπομπής φωτονίων (SPECT) είναι δύο από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα κομμάτια πυρηνικού εξοπλισμού απεικόνισης.
Η πιο κοινή χρήση της ακτινοθεραπείας είναι η θεραπεία καρκινικών όγκων. Αυτό συνήθως περιλαμβάνει την εναπόθεση ακτίνων Χ υψηλής ενέργειας στα καρκινικά κύτταρα. Η ακτινοβολία απορροφάται από το κύτταρο, με αποτέλεσμα να πεθάνει. Η ακτινοβολία γενικά χορηγείται στον όγκο μέσω μιας εξωτερικής πηγής. Η πρόκληση για τους ιατρικούς φυσικούς είναι να κατευθύνουν την ακτινοβολία με τέτοιο τρόπο ώστε να καταστρέφεται ο ελάχιστος αριθμός υγιών κυττάρων.
Η βραχυθεραπεία με ακτινοβολία περιλαμβάνει την εσωτερική εφαρμογή υλικών ακτινοβολίας. Σε αυτή τη θεραπεία, ραδιενεργοί «σπόροι» εμφυτεύονται κοντά στον όγκο. Η απελευθέρωση της ακτινοβολίας είναι αργή και η απόσταση μεταξύ των σπόρων και του όγκου είναι αρκετά μικρή ώστε η έκθεση σε ακτινοβολία σε υγιή κύτταρα να είναι περιορισμένη.
Τα οφέλη της ακτινοφυσικής διασχίζουν πολλούς κλάδους και βιομηχανίες. Οι ανησυχίες σχετικά με την πιθανή εξάντληση των ορυκτών καυσίμων καθιστούν την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας διαρκή προτεραιότητα σε πολλά έθνη. Ο τομέας της πυρηνικής ιατρικής εκρήγνυται, με νέες δοκιμές και θεραπείες να αναπτύσσονται ταχύτατα, καθιστώντας τη φυσική ακτινοβολίας έναν κλάδο που θα συνεχίσει να αναπτύσσεται.