A física é o estudo científico da matéria e energia e sua interação. Energia, como luz, calor ou som, que é emitida de uma fonte, viaja através do espaço ou material e, em seguida, é absorvida por outro objeto, é definida como radiação. A física da radiação é o ramo da física que estuda os efeitos da radiação na matéria. Este campo tem sido fundamental no fornecimento de processos de fabricação aprimorados, energia nuclear e opções avançadas de diagnóstico e tratamento médico.
Os tipos de radiação estudados pelos físicos incluem raios alfa, beta e gama, nêutrons e raios-x. Alfas são partículas contendo dois prótons e duas eleições emitidas do núcleo de um átomo. Betas são partículas de alta velocidade que parecem idênticas aos elétrons. Os nêutrons são as partículas neutras dentro do núcleo de todas as células. Os raios gama são emitidos pelo núcleo e os raios X são o resultado de mudanças de energia no núcleo.
A tecnologia de raios X é uma das aplicações mais familiares da física da radiação e tem várias aplicações de fabricação. Por exemplo, a indústria automobilística usa raios X de alta energia para avaliar o desempenho do motor. Microscópios de raios-X são usados para inspecionar stents e cateteres durante o processo de produção, e medidores de espessura de raios-X medem a composição química de ligas metálicas. A radiografia de raios-X é até usada por arqueólogos para examinar artefatos antigos.
A indústria do petróleo tem empregado aplicações de física de radiação no tratamento e produção de petróleo. As empresas petrolíferas utilizam um processo de radiação denominado craqueamento térmico por radiação (RTC) durante a produção de petróleo bruto, óleo combustível, alcatrão e o tratamento dos subprodutos da extração do petróleo. O RTC tem uma taxa de produção mais alta, custo mais baixo e consumo de energia muito menor do que os métodos tradicionais. O tratamento por radiação de contaminantes de óleo oferece maior proteção ambiental do que outros métodos.
A energia nuclear é um campo em crescimento que se baseia na física de radiação aplicada. Por meio de um processo conhecido como fissão nuclear, a energia é extraída dos átomos durante as reações nucleares controladas. Enquanto os Estados Unidos produzem a maior quantidade de energia nuclear, a França produz a maior porcentagem do suprimento elétrico de seu país por meio de reatores nucleares.
O campo que mais se beneficiou da física da radiação, no entanto, é a medicina. Por meio da aplicação da física, os cientistas desenvolveram métodos de uso de radiação ionizante para diagnosticar e tratar condições médicas. Isso inclui não apenas as formas tradicionais de raios-x, mas também ultrassom, ressonância magnética (MRI) e medicina nuclear.
A maior parte da medicina nuclear envolve imagens e emprega computadores, sensores e materiais radioativos chamados radiofármacos. Os raios X, a forma mais antiga de imagem, usam raios de luz de alta frequência para construir imagens. Os raios gama têm frequências ainda mais altas e são usados em imagens nucleares. A tomografia por emissão de pósitrons (PET) e a tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT) são duas das peças de equipamento de imagem nuclear mais amplamente utilizadas.
O uso mais comum da radioterapia é para o tratamento de tumores cancerígenos. Isso geralmente envolve o depósito de raios-x de alta energia nas células cancerosas. A radiação é absorvida pela célula, causando sua morte. A radiação é geralmente fornecida ao tumor por meio de uma fonte externa. O desafio para os físicos médicos é direcionar a radiação de tal forma que o número mínimo de células saudáveis seja destruído.
A braquiterapia por radiação envolve a aplicação interna de materiais de radiação. Nesse tratamento, sementes radioativas são implantadas próximo ao tumor. A liberação de radiação é lenta e a distância entre as sementes e o tumor é curta o suficiente para que a exposição à radiação para células saudáveis seja limitada.
Os benefícios da física da radiação cruzam várias disciplinas e setores. As preocupações com o possível esgotamento dos combustíveis fósseis tornam o desenvolvimento da energia nuclear uma prioridade contínua em muitas nações. O campo da medicina nuclear está explodindo, com novos testes e tratamentos sendo desenvolvidos rapidamente, tornando a física da radiação uma disciplina que continuará a crescer.