thumb|250px|Međunarodni simbol za tipove i nivoe zračenja koji nisu sigurni za neoklopljene ljude. Zračenje općenito postoji u cijeloj prirodi, naprimjer u svjetlu i zvuku Ionizujuće zračenje sastoji se od emitiranja subatomskih čestica ili elektromagnetnog talasa koji imaju dovoljno energije da ionizuju atome ili molekule, odvajanjem elektrona. Čestice uglavnom putuju preko 1% brzine svetlosti, a elektromagnetni talasi su na visokoenergetskom dijelu elektromagnetnog spektra.
Gama i rendgenske zrake, kao i viši vakuum ultraljubičastog dijela elektromagnetnog spektra emitiraju ionizujuće zračenje, dok je niža energija ultraljubičasta, vidljiva svjetlost, gotovo sve vrste laserskog svjetla, infracrvenog, mikrotalasnog i radijskog imaju neionizirajuće zračenje. Granica između ionizujućeg i neionizujućeg zračenja u ultraljubičastom području nije oštro definirana, jer se različite molekule i atomi ioniziraju na različitim energijijama, između 10 elektronvolti (eV) i 33 eV.
Tipske ionizujuće subatomske čestice zbog radioaktivnog raspada uključuju alfa čestice, beta čestice i neutrone, a gotovo sve su dovoljno energične da mogu ionizirati. Sekundarne kosmičke čestice proizvedene nakon interakcije kosmičkih zraka sa Zemljinom atmosferom uključuju muone, mezone i pozitrone. Kosmičke zrake mogu također proizvesti radioizotop na Zemlji (naprimer, ugljik-14), koji se pak raspadaju i emitiraju ionizujuće zračenje. Kosmički zraci i raspad radioaktivnih izotopa primarni su izvori prirodnog ionizujućeg zračenja na Zemlji, koji doprinose pozadinskom zračenju. Ionizujuće zračenje se također vještački generira, kao što su rendgenska cijev, akceleratori čestica i nuklearna fisija.
Ionizujuće zračenje nije moguće detektirati ljudskim čulima, pa se za njegovo otkrivanje i mjerenje moraju koristiti instrumenti poput Geigerovog brojača. Međutim, vrlo visoki intenziteti mogu proizvesti vidljivu svetlost kao što je Cherenkovovo zračenje. Ionizujuće zračenje koristi se u širokom spektru područja kao što su medicina, nuklearna energija, istraživanje i industrijska proizvodnja, ali predstavlja opasnost po zdravlje, ako se ne preduzmu odgovarajuće mjere protiv prekomjerne izloženosti. Izloženost ionizujućem zračenju uzrokuje oštećenje ćelija živog tkiva i u visokim akutnim dozama može rezultirati opekotinama zračenja i zračenjem i nižim dozama tokom dužeg vremena uzrok rak. .
Tipovi
thumb|280px|Alfa (α) zračenje sastoji se od jezgra koje se brzopokretnog helija-4 (Helij-4), a jezgro zaustavlja list papira. Beta (β) zračenje, koje se sastoji od elektrona, zaustavlja se aluminijskom pločom. Gama (γ) zračenje, koje se sastoji od energetskih fotona, na kraju se apsorbuje dok prodire kroz gusti materijal. Neutronsko zračenje (n) sastoji se od slobodnih neutrona koji su blokirani lahkim elementima, poput vodika, koji ih usporavaju i / ili hvataju. Nije prikazano: galaktičke kosmičke zrake koje se sastoje od energetski nabijenih jezgara, kao što su protoni, helijeva jezgra i visoko nabijena jezgra zvana HZE oni. thumb|| Oblačna komora jedan je od nekoliko načina vizualizacije ionizujućeg zračenja. Bile su u upotrebi uglavnom u istraživanju u ranom periodu razvoja fizike čestica, ali i danas ostaju važan obrazovni alat. Ionizujuće zračenje može se grupirati kao direktno ili indirektno ionizujuće.
Direktno ionizujuće Svaka nabijena čestica s masom može ionizirati atome direktno pomoću temeljne interakcije putem Kulonove sile, ako nosi dovoljnu kinetičku energiju. To uključuje atomsko jezgro, elektrone, muone, nabijene pione, protone i energetski nabijena jezgra lišena svojih elektrona. Kada se kreću relativnim brzinama, ove čestice imaju dovoljno kinetičke energije da se ioniziraju, ali relativne brzine i nisu potrebne. Naprimjer, tipska alfa čestica je ionizujuća, ali se kreće na oko 5% c, a elektron sa 33 eV (dovoljno za ionizaciju) kreće se na oko 1% c.
Prva dva prepoznata ionizirajuća dobila su posebna imena koja se danas koriste: jezgra helija izbačena iz atomskih jezgara nazivaju se alfa čestice, a elektroni izbačeni obično (ali ne uvijek) relativističkom brzinom, beta čestice.
Prirodni kosmički zraci sastoje se prvenstveno od relativističkih protona, ali uključuju i teža atomska jezgra poput helijevih i HZE iona. U atmosferi takve čestice često zaustavljaju molekule zraka, a to stvara kratkotrajne nabijene pione, koji se ubrzo raspadaju do miona, primarne vrste zračenja kosmičkih zraka koja dopire do tla (i donekle ga prodire). Pioni se također mogu proizvoditi u velikim količinama u akceleratorima čestica.
Alfa čestice
Alfa čestice sastoje se od dva protona i dva neutrona, povezana zajedno u česticu identičnu helijevom jezgru. Emisije alfa čestica uglavnom se proizvode u procesu alfa raspada, ali se mogu i na druge načine. Alfa čestice su nazvane po prvom slovu u grčkog alfabeta, α. Simbol alfa čestice je α ili α2+. Budući da su identične jezgrima helija, ponekad se zapisuju i kao ili , što ukazuje na helijev ion sa +2 naboja (nedostaju njegova dva elektrona). Ako ion dobije elektrone iz svog okruženja, alfa čestica se može zapisati kao normalan (električno neutralni) atom helija .
Alfa čestice imaju izuzetno ionizujući oblik zračenja. Kada su rezultat radioaktivnog alfa raspada, imaju malu dubinu prodiranja. U ovom slučaju mogu biti apsorbirane pomoću nekoliko centimetara zraka ili kože. Moćnije alfa čestice velikog dometa iz trostruke fisije trostruko su energičnije i prodiru proporcionalno dalje u zrak. Jezgra helija koja čine 10–12% kosmičkih zraka, također su obično mnogo veće energije od onih proizvedenih procesima nuklearnog raspada, a kada se nađu u svemiru, tako mogu prelaziti u ljudsko tijelo i gustu zaštitu. Međutim, ovu vrstu zračenja značajno umanjuje Zemljina atmosfera, što je zaštitni štit ekvivalentan sloju od oko 10 metara vode.One kg of water per cm squared is 10 meters of water
Beta čestice
Beta čestice su elektroni ili pozitroni visoke energije, koje emituju određene vrste radioaktivnih jezgara, kao što je kalij-40. Proizvodnja beta čestica naziva se beta raspad. Označeni su beta verzijom grčkog alfabeta (β). Postoje dva oblika beta raspada, β− and β+, koji dovode do porasta broja elektrona i pozitrona. Beta čestice manje prodiru od gama zračenja, ali prodiru više od alfa čestica.
Visokoenergetske beta čestice mogu stvarati rendgenske zrake, poznate kao „zračenje kočenja“) ili sekundarni elektroni (delta zrake) dok prolaze kroz materiju. I jedno i drugo može izazvati indirektni efekat ionizacije. Zabrinjavajuće je kada se štite beta emiteri, jer nastaje interakcijom beta čestica sa zaštitnim materijalom. Ovaj učinak je veći kod materijala s visokim atomskim brojevima, pa se materijal sa niskim atomskim brojevima koristi za zaštitu beta izvora.
Pozitroni i drugi tipovi antimaterije
Pozitron ili antielektron je antičestica ili antimaterija pandan elektrona. Kada se niskoenergetski pozitron sudari sa elektronom niske energije, dolazi do anihilacija, što rezultira njihovom konverzijom u energiju dva ili više gama zraka fotona (vidi elektron – uništavanje pozitrona).
Pozitroni se mogu generirati nuklearnim raspadom emisije pozitrona (putem slabe interakcije ili proizvodnje para iz dovoljno energičnog fotona. Pozitroni su uobičajeni vještački izvori ionizujućeg zračenja koji se koriste u medicinskim pozitronskim emisionim tomografijama (PET).
Kako su pozitroni pozitivno nabijene čestice, takođe mogu direktno ionizirati atom putem Coulombove interakcije.
Naelektrisana jezgra Nabijena jezgra karakteristična su za galaktičke kosmičke zrake i događaje solarnih čestica, a osim alfa čestica (nabijena jezgra helija) nemaju prirodnih izvora na Zemlji. Međutim, u svemiru se protoni vrlo visoke energije, jezgra helija i HZE ioni mogu u početku zaustaviti relativno tankim slojevima zaštite, odjeće ili kože. Međutim, rezultirajuća interakcija generira sekundarno zračenje i izazva kaskadne biološke efekte. Naprimjer, ako samo jedan atom tkiva istisne energetski proton, sudar će uzrokovati daljnje interakcije u tijelu. To se naziva "linearni prijenos energije" (LET), koji koristi elastično rasipanje.
LET se može vizualizirati kao bilijarska loptica koja udara drugu očuvanjem zamaha, potiskujući obje energijom prve lopte podijeljene između njih nejednako. Kada nabijeno jezgro udari u relativno sporo krećeće jezgro objekta u svemiru, nastaje LET i sudari će osloboditi neutrone, alfa čestice, niskoenergijske protone i druga jezgra i doprinijeti ukupnoj apsorbiranoj dozi tkiva.Contribution of High Charge and Energy (HZE) Ions During Solar-Particle Event of September 29, 1989 Kim, Myung-Hee Y.; Wilson, John W.; Cucinotta, Francis A.; Simonsen, Lisa C.; Atwell, William; Badavi, Francis F.; Miller, Jack, NASA Johnson Space Center; Langley Research Center, May 1999.
Indirektna ionizacija Indirektno ionizirajuće zračenje je električno neutralno i zbog toga nema jaku interakciju s materijom. Glavnina efekata ionizacije posljedica je sekundarnih ionizacija.
Fotonsko zračenje
right|thumb|upright=1.5|Različiti tipovi elektromagnetskog zračenja upright=1.5|thumb|Ukupni koeficijent apsorpcije olova (atomski broj 82) za gama zrake, u odnosu na gama energiju i doprinos tri efekta. Ovdje, pri niskoj energiji, dominira fotoelektrični efekt. Iznad 5 MeV, počinje dominirati proizvodnja parova.
Iako su fotoni električno neutralni, mogu ionizirati atome direktno kroz fotoelektrični efekt i Comptonov efekt. Bilo koja od tih interakcija uzrokovat će izbacivanje elektrona iz atoma pri relativističkim brzinama, pretvarajući taj elektron u (sekundarnu) beta česticu, koja će ionizirati mnoge druge atome. Budući da se većina [pogođenih atoma] jonizuju direktno pomoću sekundarne beta čestice, fotoni se nazivaju indirektno ionizujućim zračenjem]] Ukupni koeficijent apsorpcije olova (atomski broj 82) za gama zrake, u odnosu na gama energiju doprinosi tri efekta.
Ostala zračenja se nazivaju prema česticama od kojih se sastoje: protonsko, deuterijsko, tricijsko, teškoionsko, i drugo. Takva zračenja mogu nastati u nuklearnim procesima, dio su kosmičkog zračenja, a nastaju i u nuklearnim reaktorima ili nuklearnim eksplozijama.
Uticaj na žive organizme mini|desno|350px|Tipovi ionizirajućeg zračenja – gama-zračenje je prikazano talasastimtim linijama, a alfa-čestica, beta-čestica i neutron ravnim linijama. Mali krugovi prikazuju gdje se pojavljuje ionizirajuće zračenje. Životno okruženje je radioaktivno je od svog postanka. Postoji oko 60 radionuklida (radioaktivnih elemenata), u tlu, zraku, vodi, hrani, a time i u svim živim bićima. Po tome kako su nastali, dijele se na one koji su oduvijek prisutni na Zemlji, koji nastaju kao posljedica djelovanja kosmičkih zraka, te one koji su posljedica ljudske tehnologije. U prvoj grupi su radioaktivni elementi, kao štosu uran-235, uran-238, torij-232, radij-226, radon-222 ili kalij-40. Oni potiču još iz vremena stvaranja Zemlje, a karakterizira ih vrlo dugo vrijeme poluraspada, čak i do milijardu godina (iznimka je plin radon, čiji je poluživot 3,8 dana). Kosmičko zračenje neprestano pogađa Zemljinu koru. Izvor mu je uglavnom izvan Sunčevog sistema, a sastoji se od raznih oblika zračenja: od vrlo brzih teških čestica, do visokoenergetskih fotona i miona. Ono međudjeluje s atomima u gornjim slojevima atmosfere i tako proizvodi radionuklide, koji su najčešće kraćih vremena poluraspada. To su, naprimjer, ugljik-14, tricij, berilij-7 i drugi.
Antropogenim djelovanjem, osobito razvojem nuklearnih reaktora i testiranjem nuklearnog oružja, nastali su još neki radioaktivni elementi, poput stroncija-90, joda-129, joda-131, cezija-137, plutonija-239 itd.
Mjerne jedinice ionizirajućeg zračenja
Aktivnost radioaktivnog uzorka mjeri se u bekerelima (Bq). Aktivnost od 1 Bq znači jedan raspad atomskog jezgra u sekundi. Kako su aktivnosti uzoraka često vrlo velike u upotrebi je i veća jedinica, kiri (Ci); 1 Ci iznosi 3,7 x 1010Bq.