Im weitesten Sinne konzentrieren sich die Physikstudien auf physikalische Objekte, ihre kompositorische Materie und ihre Wechselwirkungen und Bewegungen durch Raum und Zeit. Physik wird verwendet, um Ereignisse und Situationen zu erklären, die in der Natur vorkommen, und Physiktheorien sind daher ein starker Bestandteil mehrerer wissenschaftlicher Disziplinen, einschließlich Astronomie, Biologie und Nuklearwissenschaften. Die Nutzung der Physik in der Nuklearmedizin beinhaltet die Anwendung physikalischer Prinzipien und Theorien wie radioaktiver Zerfall und Fusion oder Spaltung zur Erzeugung von Medizintechnik. Die Erforschung von Materie auf den grundlegendsten Partikelzellenniveaus ist der Eckpfeiler der Physik in der Nuklearmedizin. Prinzipien der Kernphysik werden am häufigsten medizinisch bei der Bildprüfung und der pharmazeutischen Entwicklung verwendet.
Nuklearmedizin ist eine Form der angewandten Physik. Anwendungen der Physik in der Nuklearmedizin nutzen physikalische Theorien und Teildisziplinen, um Arbeitsobjekte oder neue Methoden zur Durchführung von Aufgaben zu entwerfen und zu erstellen. Sie verwenden streng geprüfte wissenschaftliche Methoden und versuchen, stabile und unveränderliche wissenschaftliche Gesetze anzuwenden. Die Quantenmechanik beispielsweise ist ein Teilgebiet der Physik, das sich damit beschäftigt, wie Teilchen, wie sie beim radioaktiven Zerfall entstehen, auch wellenartige Eigenschaften haben und wie diese Teilchen sowohl miteinander als auch mit Energiekräften wechselwirken.
Die Kernphysik ist die Grundlage der Nukleartechnik, einschließlich der Nuklearmedizin. Dieses breite Feld konzentriert sich auf die in Atomen vorkommenden Kerne, insbesondere auf deren Struktur und Wechselwirkungen. Wissenschaftler können die inneren Teile dieser Zellen manipulieren und starke Reaktionen erzeugen, die normalerweise Strahlung erzeugen – ein grundlegendes physikalisches Prinzip der Energiebewegung durch den Raum. Kernforschungsaktivitäten, die Energie erzeugen können, umfassen das Beschleunigen, Aufheizen, Übertragen, Zerfallen, Aufspalten und Verschmelzen. Letztere Aktivitäten sind in der Nuklearmedizin besonders ausgeprägt.
Spaltung und Fusion sind Kernreaktionen, die zur Energiegewinnung für die Physik in der Nuklearmedizin genutzt werden können. Das erstere Ereignis beinhaltet die Aufspaltung atomarer Teilchen, während das letztere das Zusammenfügen von atomarem Material beinhaltet. Physiker induzieren diese Reaktionen in Geräten, die Kernreaktoren genannt werden. Im medizinischen Bereich werden Forschungsreaktoren häufig zur Analyse, zum Testen und zur Herstellung von Radioisotopen oder dem Kernmaterial von Atomen verwendet.
Ein wesentlicher Bestandteil der Nuklearphysik in der Medizin ist die bildgebende Diagnostik. Diese Prozesse – auch Nuklidbildgebung genannt – finden statt, wenn der Arzt Nuklidpartikel in den Körper injiziert. Wenn diese Teilchen zerfallen, erzeugen sie radioaktive Energieformen, die Gammastrahlen genannt werden. Spezielle Geräte wie Gammakameras erkennen dann Unterschiede in der Radioaktivität. Variationen geben oft einen Einblick in die Leistungsfähigkeit verschiedener Körperregionen und -teile.
Beim radioaktiven Zerfall, wie er in bildgebenden Verfahren vorkommt, sind die Teilchenaktivitäten in der Physik als schwache Wechselwirkungen bekannt, da sie keine starke und bindende Wirkung haben. Andere Arten von grundlegenden Wechselwirkungstypen in der Physik umfassen Elektromagnetismus und Schwerkraft. Ärzte nutzen die Wechselwirkungen elektrisch geladener Teilchen im Elektromagnetismus, um Magnetresonanztomographen (MRT) zu entwickeln.
Eine weitere Anwendung der Physik in der Nuklearmedizin findet sich bei der Verwendung von Nuklidmaterialien für medizinische Behandlungen. Wenn beispielsweise Radionuklidmaterial mit bestimmten Arten von Arzneimitteln kombiniert wird, sind das Ergebnis dieser Wechselwirkung Radiopharmaka. Diese Behandlungen werden am häufigsten für bestimmte Arten von Erkrankungen wie Krebs verwendet. Direktenergie-Strahlungsquellen können auch bei Krebstherapiebehandlungen verwendet werden, bei denen Strahlenstrahlen auf Zielbereiche im Körper gerichtet werden, in der Hoffnung, dass sie schädliche Substanzen zerstören.