La physique est l’étude scientifique de la matière et de l’énergie, et de leur interaction. L’énergie, telle que la lumière, la chaleur ou le son, qui est émise par une source, voyage à travers l’espace ou la matière, puis est absorbée par un autre objet, est définie comme un rayonnement. La physique des rayonnements est la branche de la physique qui étudie les effets des rayonnements sur la matière. Ce domaine a joué un rôle déterminant dans la fourniture de procédés de fabrication améliorés, d’énergie nucléaire et d’options avancées de diagnostic médical et de traitement.
Les types de rayonnement étudiés par les physiciens comprennent les rayons alpha, bêta et gamma, les neutrons et les rayons X. Les alphas sont des particules contenant deux protons et deux élections qui sont émises par le noyau d’un atome. Les bêtas sont des particules à grande vitesse qui semblent identiques aux électrons. Les neutrons sont les particules neutres dans le noyau de toutes les cellules. Les rayons gamma sont émis par le noyau et les rayons X sont le résultat de changements d’énergie dans le noyau.
La technologie des rayons X est l’une des applications les plus familières de la physique des rayonnements et a plusieurs applications de fabrication. Par exemple, l’industrie automobile utilise des rayons X à haute énergie pour évaluer les performances des moteurs. Des microscopes à rayons X sont utilisés pour inspecter les stents et les cathéters pendant le processus de production, et les jauges d’épaisseur à rayons X mesurent la composition chimique des alliages métalliques. La radiographie aux rayons X est même utilisée par les archéologues pour examiner des objets anciens.
L’industrie pétrolière a utilisé des applications de physique des rayonnements dans le traitement et la production de pétrole. Les compagnies pétrolières utilisent un procédé de rayonnement appelé craquage thermique par rayonnement (RTC) lors de la production de pétrole brut, de fioul, de goudron et le traitement des sous-produits de déchets de l’extraction pétrolière. Le RTC a un taux de production plus élevé, un coût inférieur et une consommation d’énergie beaucoup plus faible que les méthodes traditionnelles. Le traitement par rayonnement des contaminants pétroliers offre une meilleure protection de l’environnement que d’autres méthodes.
L’énergie nucléaire est un domaine en pleine croissance qui repose sur la physique des rayonnements appliquée. Grâce à un processus connu sous le nom de fission nucléaire, l’énergie est extraite des atomes lors de réactions nucléaires contrôlées. Alors que les États-Unis produisent la plus grande quantité d’énergie nucléaire, la France produit le pourcentage le plus élevé de l’approvisionnement électrique de son pays par le biais de réacteurs nucléaires.
Cependant, le domaine qui a le plus bénéficié de la physique des rayonnements est la médecine. Grâce à l’application de la physique, les scientifiques ont développé des méthodes d’utilisation des rayonnements ionisants pour diagnostiquer et traiter des conditions médicales. Cela inclut non seulement les formes traditionnelles de rayons X, mais aussi les ultrasons, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et la médecine nucléaire.
La majorité de la médecine nucléaire implique l’imagerie et utilise des ordinateurs, des capteurs et des matières radioactives appelées produits radiopharmaceutiques. Les rayons X, la plus ancienne forme d’imagerie, utilisent des rayons lumineux à haute fréquence pour construire des images. Les rayons gamma ont des fréquences encore plus élevées et sont utilisés en imagerie nucléaire. La tomographie par émission de positons (TEP) et la tomographie par ordinateur par émission de photons uniques (SPECT) sont deux des équipements d’imagerie nucléaire les plus largement utilisés.
L’utilisation la plus courante de la radiothérapie est le traitement des tumeurs cancéreuses. Cela implique généralement le dépôt de rayons X à haute énergie dans les cellules cancéreuses. Le rayonnement est absorbé par la cellule, provoquant sa mort. Le rayonnement est généralement délivré à la tumeur par une source externe. Le défi pour les physiciens médicaux est de diriger le rayonnement de manière à détruire le minimum de cellules saines.
La curiethérapie par rayonnement implique l’application interne de matériaux de rayonnement. Dans ce traitement, des « graines » radioactives sont implantées près de la tumeur. La libération de rayonnement est lente et la distance entre les graines et la tumeur est suffisamment courte pour que l’exposition aux rayonnements des cellules saines soit limitée.
Les avantages de la physique des rayonnements touchent plusieurs disciplines et industries. Les inquiétudes concernant l’épuisement potentiel des combustibles fossiles font du développement de l’énergie nucléaire une priorité permanente dans de nombreux pays. Le domaine de la médecine nucléaire explose, de nouveaux tests et traitements se développant rapidement, faisant de la physique des rayonnements une discipline qui ne cessera de croître.