Fysiikka on tieteellinen tutkimus aineesta ja energiasta sekä niiden vuorovaikutuksesta. Energia, kuten valo, lämpö tai ääni, joka lähtee yhdestä lähteestä, kulkee avaruuden tai materiaalin läpi ja sitten absorboituu toiseen esineeseen, määritellään säteilyksi. Säteilyfysiikka on fysiikan haara, joka tutkii säteilyn vaikutuksia aineeseen. Tämä kenttä on auttanut parantamaan valmistusprosesseja, ydinenergiaa ja kehittyneitä lääketieteellisiä diagnostiikka- ja hoitovaihtoehtoja.
Fyysikoiden tutkimiin säteilylajeihin kuuluvat alfa-, beeta- ja gammasäteet, neutronit ja röntgensäteet. Alfat ovat hiukkasia, jotka sisältävät kaksi protonia ja kaksi vaalia, jotka lähtevät atomin ytimestä. Betat ovat nopeita hiukkasia, jotka näyttävät identtisiltä elektroneilta. Neutronit ovat neutraaleja hiukkasia kaikkien solujen ytimessä. Ydin säteilee gammasäteitä, ja röntgenkuvat ovat seurausta ytimen energiamuutoksista.
Röntgentekniikka on yksi säteilyfysiikan tunnetuimmista sovelluksista, ja sillä on useita valmistussovelluksia. Esimerkiksi autoteollisuus käyttää suuren energian röntgensäteitä arvioidakseen moottorin suorituskykyä. Röntgenmikroskooppeja käytetään stenttien ja katetrien tarkastamiseen tuotantoprosessin aikana, ja röntgenpaksuusmittarit mittaavat metalliseosten kemiallista koostumusta. Arkeologit käyttävät röntgensäteilyä jopa muinaisten esineiden tutkimiseen.
Öljyteollisuus on käyttänyt säteilyfysiikan sovelluksia öljyn käsittelyssä ja tuotannossa. Öljy -yhtiöt käyttävät säteilyprosessia, jota kutsutaan säteilylämpöhalkeiluksi (RTC), kun tuotetaan raakaöljyä, polttoöljyä, tervaa ja käsitellään öljyn louhinnan sivutuotteita. RTC: llä on korkeampi tuotantomäärä, alhaisemmat kustannukset ja paljon pienempi energiankulutus kuin perinteisillä menetelmillä. Öljyn epäpuhtauksien säteilykäsittely tarjoaa paremman ympäristönsuojelun kuin muut menetelmät.
Ydinvoima on kasvava ala, joka perustuu soveltavaan säteilyfysiikkaan. Ydinfissioina tunnetulla prosessilla energiaa uutetaan atomeista kontrolloitujen ydinreaktioiden aikana. Yhdysvallat tuottaa suurimman määrän ydinvoimaa, mutta Ranska tuottaa suurimman osan maansa sähköntuotannosta ydinreaktoreiden kautta.
Säteilyfysiikasta eniten hyötynyt ala on kuitenkin lääketiede. Fysiikan avulla tiedemiehet ovat kehittäneet menetelmiä ionisoivan säteilyn käyttämiseksi sairauksien diagnosoimiseksi ja hoitamiseksi. Tämä sisältää paitsi perinteiset röntgenmuodot, myös ultraäänen, magneettikuvauksen (MRI) ja ydinlääketieteen.
Suurin osa ydinlääketieteestä käsittää kuvantamisen ja käyttää tietokoneita, antureita ja radioaktiivisia aineita, joita kutsutaan radiofarmaseuttisiksi lääkkeiksi. Röntgensäteet, vanhin kuvantamismenetelmä, käyttävät suurtaajuisia valonsäteitä kuvien rakentamiseen. Gammasäteillä on vielä korkeammat taajuudet, ja niitä käytetään ydinkuvauksessa. Positroniemissiotomografia (PET) ja yhden fotonin päästöjen tietokonetomografia (SPECT) ovat kaksi yleisimmin käytettyjä ydintekniikkalaitteita.
Yleisin sädehoidon käyttö on syöpäkasvainten hoito. Tähän liittyy yleensä korkean energian röntgensäteiden tallettaminen syöpäsoluihin. Säteily imeytyy soluun, jolloin se kuolee. Säteily toimitetaan yleensä kasvaimeen ulkoisen lähteen kautta. Lääketieteellisten fyysikoiden haasteena on ohjata säteily siten, että vähimmäismäärä terveitä soluja tuhoutuu.
Sädehoitokäsiterapia sisältää säteilymateriaalien sisäisen käytön. Tässä hoidossa radioaktiivisia “siemeniä” istutetaan kasvaimen lähelle. Säteilyn vapautuminen on hidasta, ja siementen ja kasvaimen välinen etäisyys on niin lyhyt, että säteilyaltistus terveille soluille on rajallinen.
Säteilyfysiikan hyödyt ylittävät useita tieteenaloja ja aloja. Huoli fossiilisten polttoaineiden mahdollisesta loppumisesta tekee ydinenergian kehittämisestä jatkuvan painopisteen monissa maissa. Ydinlääketieteen ala räjähtää, ja uusia testejä ja hoitoja kehitetään nopeasti, mikä tekee säteilyfysiikasta kurinalaisuuden, joka kasvaa edelleen.