Fizika je znanstveno proučavanje materije i energije, te njihove interakcije. Energija, poput svjetlosti, topline ili zvuka, koja se emitira iz jednog izvora, putuje kroz prostor ili materijal, a zatim je apsorbira drugi objekt, definira se kao zračenje. Radijacijska fizika je grana fizike koja proučava učinke zračenja na materiju. Ovo područje je bilo ključno u pružanju poboljšanih proizvodnih procesa, nuklearne energije i naprednih mogućnosti medicinske dijagnostike i liječenja.
Vrste zračenja koje proučavaju fizičari uključuju alfa, beta i gama zrake, neutrone i x-zrake. Alfe su čestice koje sadrže dva protona i dva izbora koji se emitiraju iz jezgre atoma. Beta su čestice velike brzine koje izgledaju identične elektronima. Neutroni su neutralne čestice unutar jezgre svih stanica. Gama zrake emitiraju jezgre, a rendgenske zrake su rezultat energetskih promjena u jezgri.
Rentgenska tehnologija jedna je od najpoznatijih primjena radijacijske fizike i ima nekoliko proizvodnih primjena. Na primjer, automobilska industrija koristi visokoenergetske rendgenske zrake za procjenu performansi motora. Rentgenski mikroskopi se koriste za pregled stentova i katetera tijekom procesa proizvodnje, a rendgenski mjerači debljine mjere kemijski sastav metalnih legura. Rentgensku radiografiju koriste čak i arheolozi za ispitivanje drevnih artefakata.
Naftna industrija koristi fiziku zračenja u obrađivanju i proizvodnji nafte. Naftne tvrtke tijekom proizvodnje sirove nafte, loživog ulja, katrana i obrade otpadnih nusproizvoda ekstrakcije nafte koriste proces zračenja koji se naziva radijacijsko termalno krekiranje (RTC). RTC ima višu stopu proizvodnje, nižu cijenu i mnogo manju potrošnju energije od tradicionalnih metoda. Obrada zagađivača ulja zračenjem pruža veću zaštitu okoliša od ostalih metoda.
Nuklearna energija je rastuće područje koje se temelji na primijenjenoj fizici zračenja. Kroz proces poznat kao nuklearna fisija, energija se izvlači iz atoma tijekom kontroliranih nuklearnih reakcija. Dok Sjedinjene Države proizvode najveću količinu nuklearne energije, Francuska proizvodi najveći postotak opskrbe električnom energijom svoje zemlje putem nuklearnih reaktora.
Područje koje je najviše profitiralo od radijacijske fizike je medicina. Primjenom fizike znanstvenici su razvili metode korištenja ionizirajućeg zračenja za dijagnosticiranje i liječenje medicinskih stanja. To uključuje ne samo tradicionalne oblike x-zraka, već i ultrazvuk, magnetsku rezonancu (MRI) i nuklearnu medicinu.
Većina nuklearne medicine uključuje snimanje i koristi računala, senzore i radioaktivne materijale zvane radiofarmaceutici. X-zrake, najstariji oblik snimanja, koristi visokofrekventne svjetlosne zrake za konstruiranje slika. Gama zrake imaju još veće frekvencije i koriste se u nuklearnim slikama. Pozitronska emisijska tomografija (PET) i jednofotonska emisijska računalna tomografija (SPECT) dva su od najčešće korištenih komada opreme za nuklearno snimanje.
Najčešća primjena terapije zračenjem je za liječenje kancerogenih tumora. To obično uključuje odlaganje visokoenergetskih rendgenskih zraka u stanice raka. Zračenje apsorbira stanica, uzrokujući njezinu smrt. Zračenje se općenito dovodi do tumora putem vanjskog izvora. Izazov za medicinske fizičare je usmjeriti zračenje na način da se uništi minimalan broj zdravih stanica.
Radiacijska brahiterapija uključuje unutarnju primjenu radijacijskih materijala. U ovom tretmanu, radioaktivno “sjeme” se implantira u blizini tumora. Oslobađanje zračenja je sporo, a udaljenost između sjemena i tumora dovoljno je kratka da je izloženost zračenju zdravih stanica ograničena.
Prednosti radijacijske fizike obuhvaćaju nekoliko disciplina i industrija. Zabrinutost zbog potencijalnog iscrpljivanja fosilnih goriva čini razvoj nuklearne energije stalnim prioritetom u mnogim zemljama. Područje nuklearne medicine eksplodira, s novim testovima i tretmanima koji se brzo razvijaju, što fiziku zračenja čini disciplinom koja će nastaviti rasti.