Joniserande strålning är en form av energi som avges av kemiska element eller föreningar som har en instabil elektrisk laddning, som kan vara antingen positiv eller negativ. De elektriskt laddade partiklarna som emitteras är kända som antingen alfapartiklar, beta-partiklar eller gammastrålar, och varje typ av strålning har olika karaktäristiska effekter. Vissa tunga grundämnen i naturen producerar naturligt dessa effekter, såsom uran, torium och radium, och närvaron eller närheten av dessa material i förhållande till människokroppen kan vara skadlig för människors hälsa. Detta beror på att joniserande strålning existerar längs ett spektrum för strålning i allmänhet där den är ansvarig för mycket högre nivåer av energiutsläpp än icke-joniserande strålning, som den som produceras av radiovågssändningar.
Former av icke-joniserande strålning som anses vara relativt säkra med kontrollerad exponering inkluderar synliga ljusvågor, mikrovågsenergi och infrarött ljus, som en brödrost använder för att värma bröd. Dessa former av strålning har extremt långa våglängder jämfört med joniserande strålning och förlorar antingen kraft snabbt med avstånd eller kan lätt reflekteras bort från en yta. Faran med exponering för joniserande strålning beror till stor del på de högfrekventa vågor den bärs av, som kan penetrera de flesta material till viss del och förändra deras kemiska struktur genom att bryta ner normala kemiska bindningar.
De typer av joniserande strålning som vanligtvis förekommer har olika nivåer av energifrisättning. En typisk joniseringsprocess för en atom eller molekyl frigör 33 elektronvolt energi till det omgivande området, vilket är tillräckligt för att bryta de flesta typer av kemiska bindningar. Denna energifrisättningsnivå anses särskilt viktig eftersom den är kapabel att bryta bindningarna mellan kolatomer som alla livsformer på jorden är baserade på.
Alfa-partikelutsläpp, där två protoner och två neutroner är inblandade, produceras av sådana radioaktiva grundämnen som radon, plutonium och uran. De är de största masspartiklarna av joniserande strålning, och det betyder att de inte kan resa långt innan de stoppas av en barriär. De saknar energi att penetrera de yttre lagren av mänsklig hud, men om de intas genom luft eller vatten har de potential att orsaka cancer.
Beta-partikelstrålning produceras från fria partiklar i en atomkärna som liknar elektroner. Dessa partiklar har mycket mindre massa än alfapartiklar och kan därför resa längre. De produceras också av sällsynta element som isotoper av strontium, cesium och jod. Effekterna av joniserande strålning från beta-partiklar kan vara allvarliga i stora doser, vilket leder till döden, och de är en av huvudkomponenterna i radioaktivt nedfall från kärnvapendetonationer. I små mängder är de användbara för cancerbehandling och medicinsk bildbehandling. Dessa partiklar är också användbara i arkeologisk forskning, eftersom instabila element av kol som kol-14 kan användas för att datera fossila lämningar.
Gammastrålning joniserande strålning produceras av gammafotoner som ofta emitteras från instabila atomkärnor tillsammans med beta-partiklar. Även om de är en typ av foton som bär ljusenergi som normalt synligt ljus, har en gammafoton 10,000 XNUMX gånger mer energi än en vanlig vitljusfoton. Dessa utsläpp har ingen massa som alfapartiklar, och de kan resa stora avstånd innan de förlorar sin energiladdning. Även om de ofta klassificeras med röntgenstrålar, sänds gammastrålar ut av atomkärnan, medan röntgenstrålar sänds ut av elektronskal runt en atom.
Regler för joniserande strålning begränsar strikt exponeringsnivåer för gammastrålar, även om de förekommer naturligt vid låga nivåer och produceras av isotopen av kalium-40 som finns i jord, vatten och livsmedel med högt innehåll av kalium. Industriell användning av gammastrålning inkluderar röntgenundersökning för att kartlägga sprickor och tomrum i svetsade delar och metallkompositer, såsom i höghastighets jetmotorturbiner för flygplan. Strålning från gammastrålning anses vara den överlägset farligaste formen av strålning för levande varelser i stora doser, och det har postulerats att om en gammastjärna 8,000 XNUMX ljusår från jorden skulle explodera, skulle den kunna förstöra hälften av Jordens ozonskikt, vilket gör exponering för joniserande strålning från vår egen sol mycket mer skadlig för människors hälsa.