La física es el estudio científico de la materia y la energía y su interacción. La energía, como la luz, el calor o el sonido, que se emite desde una fuente, viaja a través del espacio o material y luego es absorbida por otro objeto, se define como radiación. La física de la radiación es la rama de la física que estudia los efectos de la radiación sobre la materia. Este campo ha sido fundamental para proporcionar procesos de fabricación mejorados, energía nuclear y opciones avanzadas de diagnóstico y tratamiento médico.
Los tipos de radiación estudiados por los físicos incluyen rayos alfa, beta y gamma, neutrones y rayos X. Las alfas son partículas que contienen dos protones y dos elecciones que se emiten desde el núcleo de un átomo. Las beta son partículas de alta velocidad que parecen idénticas a los electrones. Los neutrones son las partículas neutras dentro del núcleo de todas las células. Los rayos gamma son emitidos por el núcleo y los rayos X son el resultado de cambios de energía en el núcleo.
La tecnología de rayos X es una de las aplicaciones más familiares de la física de la radiación y tiene varias aplicaciones de fabricación. Por ejemplo, la industria del automóvil utiliza rayos X de alta energía para evaluar el rendimiento del motor. Los microscopios de rayos X se utilizan para inspeccionar stents y catéteres durante el proceso de producción, y los medidores de espesor de rayos X miden la composición química de las aleaciones metálicas. Los arqueólogos incluso utilizan la radiografía de rayos X para examinar artefactos antiguos.
La industria del petróleo ha empleado aplicaciones de la física de la radiación en el tratamiento y producción de petróleo. Las compañías petroleras utilizan un proceso de radiación llamado craqueo térmico por radiación (RTC) durante la producción de petróleo crudo, fueloil, alquitrán y el tratamiento de los subproductos de desecho de la extracción de petróleo. El RTC tiene una tasa de producción más alta, un costo más bajo y un consumo de energía mucho menor que los métodos tradicionales. El tratamiento por radiación de los contaminantes del aceite proporciona una mayor protección ambiental que otros métodos.
La energía nuclear es un campo en crecimiento que se basa en la física de la radiación aplicada. Mediante un proceso conocido como fisión nuclear, se extrae energía de los átomos durante reacciones nucleares controladas. Mientras que Estados Unidos produce la mayor cantidad de energía nuclear, Francia produce el mayor porcentaje del suministro eléctrico de su nación a través de reactores nucleares.
Sin embargo, el campo que más se ha beneficiado de la física de las radiaciones es la medicina. Mediante la aplicación de la física, los científicos han desarrollado métodos para utilizar la radiación ionizante para diagnosticar y tratar afecciones médicas. Esto incluye no solo las formas tradicionales de rayos X, sino también la ecografía, la resonancia magnética (MRI) y la medicina nuclear.
La mayor parte de la medicina nuclear involucra imágenes y emplea computadoras, sensores y materiales radiactivos llamados radiofármacos. Los rayos X, la forma más antigua de obtención de imágenes, utilizan rayos de luz de alta frecuencia para construir imágenes. Los rayos gamma tienen frecuencias aún más altas y se utilizan en imágenes nucleares. La tomografía por emisión de positrones (PET) y la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT) son dos de los equipos de imágenes nucleares más utilizados.
El uso más común de la radioterapia es para el tratamiento de tumores cancerosos. Por lo general, esto implica depositar rayos X de alta energía en las células cancerosas. La radiación es absorbida por la célula, provocando su muerte. La radiación generalmente se administra al tumor a través de una fuente externa. El desafío para los físicos médicos es dirigir la radiación de tal manera que se destruya la cantidad mínima de células sanas.
La braquiterapia de radiación implica la aplicación interna de materiales de radiación. En este tratamiento, se implantan «semillas» radiactivas cerca del tumor. La liberación de radiación es lenta y la distancia entre las semillas y el tumor es lo suficientemente corta como para que la exposición de las células sanas a la radiación sea limitada.
Los beneficios de la física de la radiación atraviesan varias disciplinas e industrias. Las preocupaciones sobre el posible agotamiento de los combustibles fósiles hacen que el desarrollo de la energía nuclear sea una prioridad constante en muchas naciones. El campo de la medicina nuclear está en pleno auge, con el rápido desarrollo de nuevas pruebas y tratamientos, lo que convierte a la física de la radiación en una disciplina que seguirá creciendo.