Ionisierende Strahlung ist eine Energieform, die von chemischen Elementen oder Verbindungen abgegeben wird, die eine instabile elektrische Ladung haben, die entweder positiv oder negativ sein kann. Die emittierten elektrisch geladenen Teilchen sind entweder als Alphateilchen, Betateilchen oder Gammastrahlen bekannt, und jede Art von Strahlung hat verschiedene charakteristische Wirkungen. Einige schwere Elemente in der Natur erzeugen diese Wirkungen auf natürliche Weise, wie Uran, Thorium und Radium, und das Vorhandensein oder die unmittelbare Nähe dieser Materialien in Bezug auf den menschlichen Körper kann der menschlichen Gesundheit schaden. Dies liegt daran, dass ionisierende Strahlung entlang eines Spektrums für Strahlung im Allgemeinen existiert, wo sie für eine viel höhere Energieemission verantwortlich ist als nicht-ionisierende Strahlung, wie sie beispielsweise durch Radiowellensendungen erzeugt wird.
Formen nichtionisierender Strahlung, die bei kontrollierter Exposition als relativ sicher gelten, umfassen sichtbare Lichtwellen, Mikrowellenenergie und Infrarotlicht, wie sie ein Toaster zum Erhitzen von Brot verwendet. Diese Strahlungsformen haben im Vergleich zu ionisierender Strahlung extrem lange Wellenlängen und verlieren entweder schnell an Leistung mit der Entfernung oder können leicht von einer Oberfläche reflektiert werden. Die Gefahr der Exposition gegenüber ionisierender Strahlung beruht hauptsächlich auf den hochfrequenten Wellen, die sie tragen, die die meisten Materialien bis zu einem gewissen Grad durchdringen und ihre chemische Struktur verändern können, indem sie normale chemische Bindungen aufbrechen.
Die üblicherweise auftretenden Arten von ionisierender Strahlung haben unterschiedliche Energiefreisetzungsgrade. Ein typischer Ionisationsprozess für ein Atom oder Molekül setzt 33 Elektronenvolt Energie an die Umgebung frei, was ausreicht, um die meisten Arten chemischer Bindungen aufzubrechen. Dieses Energiefreisetzungsniveau wird als besonders wichtig angesehen, da es in der Lage ist, die Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen aufzubrechen, auf denen alle Lebensformen auf der Erde basieren.
Die Emission von Alphateilchen, an der zwei Protonen und zwei Neutronen beteiligt sind, wird von radioaktiven Elementen wie Radon, Plutonium und Uran erzeugt. Sie sind die Teilchen der ionisierenden Strahlung mit der größten Masse, und das bedeutet, dass sie nicht weit reisen können, bevor sie von einer Barriere aufgehalten werden. Ihnen fehlt die Energie, um die äußeren Schichten der menschlichen Haut zu durchdringen, aber wenn sie über Luft oder Wasser aufgenommen werden, können sie Krebs verursachen.
Beta-Teilchenstrahlung wird aus freien Teilchen in einem Atomkern erzeugt, die Elektronen ähneln. Diese Teilchen haben viel weniger Masse als Alphateilchen und können daher weiter reisen. Sie werden auch von seltenen Elementen wie Isotopen von Strontium, Cäsium und Jod produziert. Die Auswirkungen ionisierender Strahlung von Beta-Partikeln können in hohen Dosen schwerwiegend sein und zum Tod führen, und sie sind eine der Hauptkomponenten des radioaktiven Niederschlags von Atomwaffendetonationen. In kleinen Mengen sind sie für die Krebsbehandlung und die medizinische Bildgebung nützlich. Diese Partikel sind auch in der archäologischen Forschung hilfreich, da instabile Elemente des Kohlenstoffs wie Kohlenstoff-14 zur Datierung fossiler Überreste verwendet werden können.
Ionisierende Gammastrahlung wird durch Gammaphotonen erzeugt, die oft zusammen mit Betateilchen von instabilen Atomkernen emittiert werden. Obwohl es sich um eine Art von Photon handelt, die Lichtenergie wie normales sichtbares Licht trägt, hat ein Gamma-Photon 10,000-mal mehr Energie als ein normales Weißlicht-Photon. Diese Emissionen haben keine Masse wie Alphateilchen und können große Entfernungen zurücklegen, bevor sie ihre energetische Ladung verlieren. Obwohl sie oft mit Röntgenstrahlen klassifiziert werden, werden Gammastrahlen vom Atomkern emittiert, während Röntgenstrahlen von Elektronenhüllen um ein Atom emittiert werden.
Die Vorschriften für ionisierende Strahlung begrenzen die Exposition gegenüber Gammastrahlen streng, obwohl sie natürlicherweise in geringen Mengen vorkommen und durch das Isotop von Kalium-40 produziert werden, das in Böden, Wasser und Lebensmitteln mit einem hohen Gehalt an Kalium enthalten ist. Industrielle Anwendungen für Gammastrahlung umfassen die Praxis der Radiographie, um Risse und Hohlräume in geschweißten Teilen und Metallverbundwerkstoffen, wie beispielsweise in Hochgeschwindigkeits-Strahltriebwerksturbinen für Flugzeuge, aufzuzeichnen. Strahlung von Gammastrahlen gilt bei weitem als die gefährlichste Form der Strahlung für Lebewesen in großen Dosen, und es wurde postuliert, dass die Explosion eines Gammastrahlensterns, der 8,000 Lichtjahre von der Erde entfernt explodiert, die Hälfte der Ozonschicht der Erde, wodurch die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung unserer eigenen Sonne viel schädlicher für die menschliche Gesundheit ist.