Kas ir radiācijas fizika?

Fizika ir zinātnisks pētījums par vielu un enerģiju, kā arī to mijiedarbību. Enerģija, piemēram, gaisma, siltums vai skaņa, kas izstaro no viena avota, pārvietojas pa telpu vai materiālu un pēc tam tiek absorbēta citā objektā, tiek definēta kā starojums. Radiācijas fizika ir fizikas nozare, kas pēta starojuma ietekmi uz vielu. Šī joma ir bijusi noderīga, nodrošinot uzlabotus ražošanas procesus, kodolenerģiju un progresīvas medicīniskās diagnostikas un ārstēšanas iespējas.

Fiziķu pētītie starojuma veidi ir alfa, beta un gamma stari, neitroni un rentgena stari. Alfas ir daļiņas, kas satur divus protonus un divas izvēles, kuras izstaro no atoma kodola. Betas ir liela ātruma daļiņas, kas šķiet identiskas elektroniem. Neitroni ir neitrālas daļiņas visu šūnu kodolā. Gamma starus izstaro kodols, un rentgenstari ir kodolā notiekošo enerģijas izmaiņu rezultāts.

Rentgenstaru tehnoloģija ir viens no pazīstamākajiem starojuma fizikas lietojumiem, un tam ir vairāki ražošanas pielietojumi. Piemēram, automobiļu rūpniecība izmanto augstas enerģijas rentgena starus, lai novērtētu dzinēja veiktspēju. Rentgena mikroskopus izmanto, lai pārbaudītu stentus un katetru ražošanas procesā, un rentgena biezuma mērītāji mēra metālu sakausējumu ķīmisko sastāvu. Rentgenstaru rentgenogrāfiju pat izmanto arheologi, lai izpētītu senos artefaktus.

Naftas rūpniecība ir izmantojusi radiācijas fizikas pielietojumus naftas apstrādē un ražošanā. Naftas uzņēmumi izmanto radiācijas procesu, ko sauc par radiācijas termisko krekingu (RTC), ražojot jēlnaftu, mazutu, darvu un apstrādājot naftas ieguves blakusproduktus. RTC ir augstāks ražošanas ātrums, zemākas izmaksas un daudz mazāks enerģijas patēriņš nekā tradicionālajām metodēm. Eļļas piesārņotāju apstrāde ar starojumu nodrošina lielāku vides aizsardzību nekā citas metodes.

Kodolenerģija ir augošs lauks, kura pamatā ir lietišķā radiācijas fizika. Izmantojot procesu, kas pazīstams kā kodola skaldīšana, kontrolētu kodolreakciju laikā enerģija tiek iegūta no atomiem. Kamēr Amerikas Savienotās Valstis saražo vislielāko kodolenerģijas daudzumu, Francija saražo lielāko daļu savas valsts elektroenerģijas, izmantojot kodolreaktorus.

Tomēr joma, kas ir guvusi vislielāko labumu no radiācijas fizikas, ir medicīna. Izmantojot fiziku, zinātnieki ir izstrādājuši metodes jonizējošā starojuma izmantošanai medicīnisko stāvokļu diagnosticēšanai un ārstēšanai. Tas ietver ne tikai tradicionālās rentgenstaru formas, bet arī ultraskaņu, magnētiskās rezonanses attēlveidošanu (MRI) un kodolmedicīnu.

Lielākā daļa kodolmedicīnas ietver attēlveidošanu un izmanto datorus, sensorus un radioaktīvos materiālus, ko sauc par radiofarmaceitiskajiem preparātiem. Rentgenstari, vecākais attēlveidošanas veids, izmanto augstas frekvences gaismas starus, lai izveidotu attēlus. Gamma stariem ir vēl augstākas frekvences, un tos izmanto kodolattēlveidošanā. Pozitronu emisijas tomogrāfija (PET) un viena fotona emisijas datortomogrāfija (SPECT) ir divas no visplašāk izmantotajām kodolattēlveidošanas iekārtām.

Visizplatītākā staru terapijas izmantošana ir vēža audzēju ārstēšanai. Tas parasti ietver augstas enerģijas rentgenstaru nogulsnēšanos vēža šūnās. Radiāciju absorbē šūna, izraisot tās nāvi. Radiācija parasti tiek piegādāta audzējam caur ārēju avotu. Medicīnas fiziķu izaicinājums ir virzīt starojumu tā, lai tiktu iznīcināts minimālais veselo šūnu skaits.

Radiācijas brahiterapija ietver starojuma materiālu iekšēju pielietošanu. Šajā ārstēšanā radioaktīvās “sēklas” tiek implantētas netālu no audzēja. Radiācijas izdalīšanās ir lēna, un attālums starp sēklām un audzēju ir pietiekami īss, lai veselu šūnu starojuma iedarbība būtu ierobežota.

Radiācijas fizikas priekšrocības aptver vairākas disciplīnas un nozares. Bažas par iespējamo fosilā kurināmā izsīkšanu padara kodolenerģijas attīstību par pastāvīgu prioritāti daudzās valstīs. Kodolmedicīnas joma strauji attīstās, strauji attīstās jauni testi un ārstēšanas metodes, padarot radiācijas fiziku par disciplīnu, kas turpinās attīstīties.