Ionizirajuće zračenje je oblik energije koju emitiraju kemijski elementi ili spojevi koji imaju nestabilan električni naboj, koji može biti pozitivan ili negativan. Električno nabijene čestice koje se emitiraju poznate su kao alfa čestice, beta čestice ili gama zrake, a svaka vrsta zračenja ima različite karakteristične učinke. Neki teški elementi u prirodi prirodno proizvode te učinke, kao što su uran, torij i radij, a prisutnost ili neposredna blizina tih materijala u odnosu na ljudsko tijelo može biti štetna za ljudsko zdravlje. To je zato što ionizirajuće zračenje postoji duž spektra za zračenje općenito gdje je odgovorno za mnogo više razine emisije energije od neionizirajućeg zračenja, kao što je ono koje proizvodi radio-valno emitiranje.
Oblici neionizirajućeg zračenja koji se smatraju relativno sigurnim uz kontroliranu izloženost uključuju valove vidljive svjetlosti, mikrovalnu energiju i infracrveno svjetlo, kao što je toster za zagrijavanje kruha. Ovi oblici zračenja imaju iznimno duge valne duljine u usporedbi s ionizirajućim zračenjem i brzo gube snagu s udaljenosti ili se lako mogu reflektirati od površine. Opasnost od izlaganja ionizirajućem zračenju uvelike je posljedica valova visoke frekvencije kojima se ona nosi, a koji mogu do određenog stupnja prodrijeti u većinu materijala i promijeniti njihovu kemijsku strukturu razbijanjem normalnih kemijskih veza.
Vrste ionizirajućeg zračenja koje se obično javljaju imaju različite razine oslobađanja energije. Tipičan proces ionizacije za jedan atom ili molekulu oslobađa 33 elektron volta energije u okolno područje, što je dovoljno za prekid većine vrsta kemijskih veza. Ova razina oslobađanja energije smatra se posebno važnom jer je sposobna razbiti veze između ugljikovih atoma na kojima se temelje svi oblici života na Zemlji.
Emisija alfa čestica, u kojoj su uključena dva protona i dva neutrona, proizvode takvi radioaktivni elementi kao što su radon, plutonij i uran. One su najveće čestice ionizirajućeg zračenja, a to znači da ne mogu putovati daleko prije nego što ih zaustavi barijera. Nedostaje im energije da prodru u vanjske slojeve ljudske kože, ali, ako se progutaju kroz zrak ili vodu, mogu izazvati rak.
Zračenje beta čestica proizvodi se od slobodnih čestica u atomskoj jezgri koje nalikuju elektronima. Te čestice imaju mnogo manju masu od alfa čestica i stoga mogu putovati dalje. Također ih proizvode rijetki elementi kao što su izotopi stroncija, cezija i joda. Učinci ionizirajućeg zračenja iz beta čestica mogu biti ozbiljni u velikim dozama, što može dovesti do smrti, a one su jedna od glavnih komponenti radioaktivnih padavina iz detonacija nuklearnog oružja. U malim količinama korisni su za liječenje raka i medicinsko snimanje. Te su čestice također korisne u arheološkim istraživanjima, jer se nestabilni elementi ugljika poput ugljika-14 mogu koristiti za datiranje fosilnih ostataka.
Ionizirajuće zračenje gama zraka proizvodi gama fotoni koji se često emitiraju iz nestabilnih atomskih jezgri zajedno s beta česticama. Iako su oni vrsta fotona koji nosi svjetlosnu energiju poput normalne vidljive svjetlosti, gama foton ima 10,000 XNUMX puta više energije od standardnog fotona bijele svjetlosti. Ove emisije nemaju masu poput alfa čestica i mogu prijeći velike udaljenosti prije nego što izgube svoj energetski naboj. Iako se često klasificiraju s rendgenskim zrakama, gama zrake emitiraju atomske jezgre, dok rendgenske zrake emitiraju elektronske ljuske oko atoma.
Propisi o ionizirajućem zračenju strogo ograničavaju razine izloženosti gama zrakama, iako se one prirodno javljaju na niskim razinama i proizvode izotopa kalija-40 koji se nalazi u tlu, vodi i hrani s visokim sadržajem elementa kalija. Industrijska upotreba gama zračenja uključuje praksu radiografije za uočavanje pukotina i šupljina u zavarenim dijelovima i metalnim kompozitima kao što su turbine s mlaznim motorima velike brzine za zrakoplove. Zračenje gama zraka smatra se daleko najopasnijim oblikom zračenja za živa bića u velikim dozama, a pretpostavlja se da bi, ako bi zvijezda gama zraka udaljena 8,000 svjetlosnih godina od Zemlje eksplodirala, mogla uništiti polovicu Zemljin ozonski omotač, zbog čega je izloženost ionizirajućem zračenju našeg Sunca mnogo štetnija za ljudsko zdravlje.