Le radiazioni ionizzanti sono una forma di energia emessa da elementi o composti chimici che hanno una carica elettrica instabile, che può essere positiva o negativa. Le particelle caricate elettricamente emesse sono note come particelle alfa, particelle beta o raggi gamma e ogni tipo di radiazione ha vari effetti caratteristici. Alcuni elementi pesanti in natura producono naturalmente questi effetti, come uranio, torio e radio, e la presenza o la stretta vicinanza di questi materiali in relazione al corpo umano può essere dannosa per la salute umana. Questo perché le radiazioni ionizzanti esistono lungo uno spettro di radiazioni in generale dove sono responsabili di livelli di emissione di energia molto più elevati rispetto alle radiazioni non ionizzanti, come quelle prodotte dalle trasmissioni di onde radio.
Le forme di radiazioni non ionizzanti che sono considerate relativamente sicure con un’esposizione controllata includono onde luminose visibili, energia a microonde e luce infrarossa, come quella utilizzata da un tostapane per riscaldare il pane. Queste forme di radiazione hanno lunghezze d’onda estremamente lunghe rispetto alle radiazioni ionizzanti e perdono potenza rapidamente con la distanza o possono essere facilmente riflesse da una superficie. Il pericolo di esposizione alle radiazioni ionizzanti è in gran parte dovuto alle onde ad alta frequenza da cui è trasportato, che possono penetrare in una certa misura nella maggior parte dei materiali e alterare la loro struttura chimica rompendo i normali legami chimici.
I tipi di radiazioni ionizzanti che si verificano comunemente hanno diversi livelli di rilascio di energia. Un tipico processo di ionizzazione per un atomo o una molecola rilascia 33 elettronvolt di energia nell’area circostante, sufficiente per rompere la maggior parte dei tipi di legami chimici. Questo livello di rilascio di energia è considerato particolarmente importante perché è in grado di rompere i legami tra gli atomi di carbonio su cui si basano tutte le forme di vita sulla Terra.
L’emissione di particelle alfa, in cui sono coinvolti due protoni e due neutroni, è prodotta da elementi radioattivi come il radon, il plutonio e l’uranio. Sono le più grandi particelle di radiazioni ionizzanti di massa, e questo significa che non possono viaggiare molto prima di essere fermate da una barriera. Non hanno l’energia per penetrare negli strati esterni della pelle umana, ma, se ingeriti attraverso l’aria o l’acqua, hanno il potenziale di causare il cancro.
La radiazione delle particelle beta è prodotta da particelle libere in un nucleo atomico che assomigliano agli elettroni. Queste particelle hanno una massa molto inferiore alle particelle alfa e possono quindi viaggiare più lontano. Inoltre sono prodotti da elementi rari come gli isotopi di stronzio, cesio e iodio. Gli effetti delle radiazioni ionizzanti delle particelle beta possono essere gravi in grandi dosi, portando alla morte, e sono uno dei principali componenti della ricaduta radioattiva delle detonazioni di armi nucleari. In piccole quantità, sono utili per il trattamento del cancro e per l’imaging medico. Queste particelle sono utili anche nella ricerca archeologica, poiché elementi instabili di carbonio come il carbonio-14 possono essere utilizzati per datare i resti fossili.
La radiazione ionizzante dei raggi gamma è prodotta da fotoni gamma che sono spesso emessi da nuclei atomici instabili insieme a particelle beta. Sebbene siano un tipo di fotone che trasporta energia luminosa come la normale luce visibile, un fotone gamma ha 10,000 volte più energia di un fotone di luce bianca standard. Queste emissioni non hanno massa come le particelle alfa e possono percorrere grandi distanze prima di perdere la loro carica energetica. Sebbene spesso classificati con i raggi X, i raggi gamma sono emessi dal nucleo atomico, mentre i raggi X sono emessi da gusci di elettroni attorno a un atomo.
Le normative sulle radiazioni ionizzanti limitano rigorosamente i livelli di esposizione ai raggi gamma, sebbene siano presenti in natura a bassi livelli e siano prodotti dall’isotopo di potassio-40 che si trova nel suolo, nell’acqua e negli alimenti ricchi di potassio. Gli usi industriali per le radiazioni gamma includono la pratica della radiografia per tracciare crepe e vuoti nelle parti saldate e nei compositi metallici come nelle turbine dei motori a reazione ad alta velocità per gli aerei. La radiazione dei raggi gamma è considerata di gran lunga la forma di radiazione più pericolosa per gli esseri viventi in grandi dosi, ed è stato ipotizzato che, se una stella di raggi gamma a 8,000 anni luce dalla Terra esplodesse, potrebbe distruggere metà della Lo strato di ozono terrestre, rendendo l’esposizione alle radiazioni ionizzanti del nostro Sole molto più dannosa per la salute umana.