Ιονίζουσα ακτινοβολία

Ιονίζουσα ακτινοβολία (Ionizing (or ionising) radiation) είναι ακτινοβολία που μεταφέρει αρκετή ενέργεια ώστε να απελευθερώσει ηλεκτρόνια από άτομα ή μόρια, ιονίζοντας τα συνεπώς. Η ιονίζουσα ακτινοβολία αποτελείται από ενεργητικά υποατομικά σωματίδια, ιόντα ή άτομα που κινούνται με σχετιστικές ταχύτητες και ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος υψηλής ενέργειας.

Οι ακτίνες γ, ακτίνες Χ και το υψηλότερο τμήμα του υπεριώδους από το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι ιονίζοντα, ενώ το χαμηλότερο υπεριώδες τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, το ορατό φως (συμπεριλαμβανομένων σχεδόν όλων των τύπων του φωτός λέιζερ), υπερύθρου, μικροκυμάτων και των ραδιοκυμάτων θεωρούνται μη ιονίζουσα ακτινοβολία. Το όριο μεταξύ ιονίζουσας και μη ιονίζουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εμφανίζεται στο υπεριώδες δεν είναι σαφώς καθορισμένο, επειδή τα διαφορετικά μόρια και άτομα ιονίζουν σε διαφορετικές ενέργειες. Ο συμβατικός ορισμός τοποθετεί το όριο στην ενέργεια φωτονίου μεταξύ 10 eV και 33 eV στο υπεριώδες.

Τα τυπικά ιονίζοντα υποατομικά σωματίδια από τη ραδιενέργεια περιλαμβάνουν τα σωματίδια άλφα, τα σωματίδια βήτα και τα νετρόνια. Σχεδόν όλα τα προϊόντα της ραδιενεργής αποσύνθεσης είναι ιονίζοντα επειδή η ενέργεια της ραδιενεργής αποσύνθεσης είναι συνήθως πολύ υψηλότερη από την απαιτούμενη για ιονισμό. Άλλα υποατομικά ιονίζοντα σωματίδια που εμφανίζονται στη φύση είναι τα μιόνια, τα μεσόνια, τα ποζιτρόνια, νετρόνια και άλλα σωματίδια που αποτελούν τις δευτερογενείς κοσμικές ακτίνες και παράγονται μετά την αλληλεπίδραση των πρωτογενών κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα της Γης. Οι κοσμικές ακτίνες μπορούν επίσης να παράξουν ραδιοϊσότοπα στη Γη (π.χ., ο άνθρακας-14), που με τη σειρά του αποσυντίθεται και παράγει ιονίζουσα ακτινοβολία.

Οι κοσμικές ακτίνες και η αποσύνθεση των ραδιενεργών ισοτόπων είναι οι πρωτογενείς πηγές της φυσικής ιονίζουσας ακτινοβολίας στη Γη και αναφέρονται ως ακτινοβολία υποβάθρου (background radiation).

Στο διάστημα, οι εκπομπές φυσικής θερμικής ακτινοβολίας από την ύλη σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (π.χ. εκφόρτιση πλάσματος ή το στέμμα (corona) του Ήλιου) μπορεί να είναι ιονίζουσες. Η ιονίζουσα ακτινοβολία μπορεί να παραχθεί φυσικά από την επιτάχυνση φορτισμένων σωματιδίων από φυσικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία (π.χ. κεραυνούς), αν και είναι σπάνιο στη Γη. Φυσικές εκρήξεις υπερκαινοφανών αστέρων στο διάστημα παράγουν μεγάλες ποσότητες ιονίζουσας ακτινοβολίας κοντά στην έκρηξη, που μπορούν να παρατηρηθούν από τα αποτελέσματά τους στα ακτινοβολούντα νεφελώματα που συνδέονται με αυτές.

Η ιονίζουσα ακτινοβολία μπορεί επίσης να δημιουργηθεί τεχνητά χρησιμοποιώντας σωλήνα ακτίνων Χ, επιταχυντές σωματιδίων και οποιαδήποτε από τις διάφορες μεθόδους που παράγουν τεχνητά ραδιοϊσότοπα.

Η ιονίζουσα ακτινοβολία είναι αόρατη και μη άμεσα ανιχνεύσιμη από τις ανθρώπινες αισθήσεις, έτσι απαιτούνται όργανα ανίχνευσης της ακτινοβολίας όπως μετρητές Γκάιγκερ. Όμως, η ιονίζουσα ακτινοβολία μπορεί να οδηγήσει σε δευτερογενή εκπομπή ορατού φωτός κατά την αλληλεπίδραση με την ύλη, όπως στην ακτινοβολία Τσερενκόφ και την ραδιοφωταύγεια (radioluminescence).

Η ιονίζουσα ακτινοβολία εφαρμόζεται εποικοδομητικά σε μεγάλη ποικιλία πεδίων όπως η ιατρική, η έρευνα, η βιομηχανία, η κατασκευαστική και σε πολλούς άλλους τομείς, αλλά εμφανίζει κινδύνους υγείας εάν δεν ληφθούν κατάλληλα μέτρα κατά της ανεπιθύμητης έκθεσης. Η έκθεση στην ιονίζουσα ακτινοβολία προκαλεί βλάβη σε ζωντανούς ιστούς και μπορεί να καταλήξει σε μετάλλαξη, ασθένεια από ακτινοβολία, καρκίνο και θάνατο.

Τύποι ιονίζουσας ακτινοβολίας

Η ιονίζουσα ακτινοβολία κατηγοριοποιείται από τη φύση των σωματιδίων ή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που δημιουργούν το φαινόμενο ιονισμού. Αυτά έχουν διαφορετικούς μηχανισμούς ιονισμού και μπορούν να ομαδοποιηθούν ως άμεσος ή έμμεσος ιονισμός.

Άμεσος ιονισμός
Οποιοδήποτε φορτισμένο μαζικό σωματίδιο μπορεί να ιονίσει άμεσα άτομα με θεμελιώδη αλληλεπίδραση μέσω της δύναμης Κουλόμπ εάν έχει επαρκή κινητική ενέργεια. Αυτό συμπεριλαμβάνει ατομικούς πυρήνες, ηλεκτρόνια, μιόνια, φορτισμένα πιόνια, πρωτόνια και ενεργητικά φορτισμένους πυρήνες απογυμνωμένους από τα ηλεκτρόνιά τους, που όλα τους πρέπει να κινούνται με σχετιστικές ταχύτητες για να φτάσουν την απαιτούμενη κινητική ενέργεια. Για να αναγνωρίζονται οι πρώτες δύο ιονίζουσες πηγές τους δόθηκαν ειδικά ονόματα που χρησιμοποιούνται σήμερα: Οι πυρήνες ηλίου με σχετιστικές ταχύτητες ονομάζονται σωματίδια άλφα και τα ηλεκτρόνια με σχετιστικές ταχύτητες ονομάζονται σωματίδια βήτα. Οι φυσικές κοσμικές ακτίνες αποτελούνται κυρίως από σχετιστικά πρωτόνια, αλλά συμπεριλαμβάνουν επίσης βαρύτερους ατομικούς πυρήνες όπως ιόντα ηλίου και ιόντα HZE καθώς και μιόνια. Τα φορτισμένα πιόνια είναι πολύ βραχύβια και παρατηρούνται σε μεγάλες ποσότητες μόνο σε επιταχυντές σωματιδίων.

Σωματίδια άλφα

Τα σωματίδια άλφα αποτελούνται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια ενωμένα μεταξύ τους σε σωματίδιο ταυτόσημο με τον πυρήνα ηλίου. Οι εκπομπές σωματιδίων άλφα παράγονται γενικά στη διαδικασία της διάσπασης άλφα, αλλά μπορεί επίσης να παραχθεί και με άλλους τρόπους. Τα σωματίδια άλφα ονομάζονται από το πρώτο γράμμα του ελληνικού αλφαβήτου, α. Το σύμβολο για το σωματίδιο άλφα είναι α ή α2+. Επειδή είναι ταυτόσημα με πυρήνες ηλίου, γράφονται επίσης μερικές φορές και ως  ή  που δείχνει ιόν ηλίου με φορτίο +2 (του λείπουν δύο ηλεκτρόνια). Εάν το ιόν αποκτήσει ηλεκτρόνια από το περιβάλλον του, το σωματίδιο άλφα μπορεί να γραφτεί ως κανονικό (ηλεκτρικά ουδέτερο) άτομο ηλίου .

Τα σωματίδια άλφα είναι μια έντονα ιονίζουσα μορφή ακτινοβολίας σωματιδίων και όταν προκύπτουν από ραδιενεργή αποσύνθεση άλφα έχουν μικρό βάθος διείσδυσης. Μπορούν να σταματήσουν από λίγα εκατοστά αέρα, ή από το δέρμα. Πιο ισχυρά είναι τα σωματίδια άλφα μεγάλου βεληνεκούς από τριμερή σχάση (ternary fission) που είναι τρεις φορές πιο ενεργά και διεισδυτικά. Οι πυρήνες ηλίου, που σχηματίζονται από το 10-12% των κοσμικών ακτίνων, έχουν επίσης, συνήθως, πολύ υψηλότερη ενέργεια από αυτά που παράγονται από πυρηνικές διαδικασίες αποσύνθεσης και μπορούν συνεπώς να περάσουν το ανθρώπινο σώμα και πυκνή θωράκιση.

Σωματίδια βήτα

Τα σωματίδια βήτα έχουν υψηλή ενέργεια, υψηλή ταχύτητα ηλεκτρονίων ή ποζιτρονίων που εκπέμπονται από συγκεκριμένους τύπους ραδιενεργών πυρήνων, όπως το Κ-40. Η παραγωγή σωματιδίων βήτα ονομάζεται διάσπαση βήτα. Ονομάζονται από το ελληνικό γράμμα βήτα (β).
Υπάρχουν δύο μορφές αποσύνθεσης βήτα, η β− και η β+, που παράγουν αντίστοιχα το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο.

Όταν λέγεται ότι κάτι έχει ραδιενεργή μόλυνση, σημαίνει συχνά ότι υπάρχουν σωματίδια βήτα που εκπέμπονται από την επιφάνειά του, που ανιχνεύονται με έναν μετρητή Γκάιγκερ ή άλλον ανιχνευτή ακτινοβολίας. Όταν ένας ανιχνευτής πλησιάζει εκπομπή βήτα, αυτός δείχνει δραματική αύξηση στη ραδιενέργεια. Όταν ο αισθητήρας του ανιχνευτή θωρακίζεται για να παρεμποδίσει τις ακτίνες βήτα, η ένδειξη θα μειωθεί δραματικά.

Υψηλής ενέργειας σωματίδια βήτα μπορούν να παράξουν ακτίνες Χ γνωστές ως ακτινοβολία πέδησης, ή δευτερογενή ηλεκτρόνια (secondary electrons) (ακτίνες δέλτα) καθώς περνούν μέσα από την ύλη. Και οι δυο τους μπορούν να προκαλέσουν ένα έμμεσο φαινόμενο ιονισμού.

Η ακτινοβολία πέδησης είναι λόγος ανησυχίας κατά τη θωράκιση εκπομπών βήτα, επειδή η αλληλεπίδραση των σωματιδίων βήτα με το υλικό θωράκισης παράγει ακτινοβολία πέδησης. Αυτό το φαινόμενο είναι μεγαλύτερο με υλικά υψηλών ατομικών αριθμών και γι' αυτό χρησιμοποιούνται υλικά χαμηλών ατομικών αριθμών για τη θωράκιση πηγής βήτα.

Ποζιτρόνια και άλλοι τύποι αντιύλης
Το ποζιτρόνιο ή αντιηλεκτρόνιο είναι το αντισωματίδιο ή η αντιύλη που αντιστοιχεί στο ηλεκτρόνιο. Όταν ποζιτρόνιο χαμηλής ενέργειας συγκρούεται με ηλεκτρόνιο χαμηλής ενέργειας, συμβαίνει εξαΰλωση, με αποτέλεσμα τη μετατροπή τους στην ενέργεια δύο ή περισσότερων φωτονίων ακτίνων γ.

Τα ποζιτρόνια μπορούν να δημιουργηθούν με πυρηνική αποσύνθεση με εκπομπή ποζιτρονίων (μέσω ασθενών αλληλεπιδράσεων), ή με παραγωγή ζεύγους από επαρκώς ενεργητικό φωτόνιο. Τα ποζιτρόνια είναι συνηθισμένες τεχνητές πηγές ιονίζουσας ακτινοβολίας που χρησιμοποιούνται στις ιατρικές σαρώσεις τομογραφίας εκπομπής ποζιτρονίων (PET).

Επειδή τα ποζιτρόνια είναι σωματίδια θετικά φορτισμένα, μπορούν να ιονίσουν επίσης άμεσα ένα άτομο μέσω αλληλεπιδράσεων Κουλόμπ.

Ακτινοβολία φωτονίων

Αν και τα φωτόνια είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, μπορούν να ιονίσουν άμεσα άτομα μέσω του φωτοηλεκτρικού φαινομένου και του φαινομένου Κόμπτον. Και οι δύο αυτές αλληλεπιδράσεις θα προκαλέσουν την αποβολή ενός ηλεκτρονίου από άτομο με σχετιστικές ταχύτητες, μετατρέποντας αυτό το ηλεκτρόνιο σε σωματίδιο βήτα (δευτερογενές βήτα σωματίδιο) που θα ιονίσει πολλά άλλα άτομα. Επειδή τα περισσότερα επηρεαζόμενα άτομα ιονίζονται άμεσα από τα δευτερογενή βήτα σωματίδια, τα φωτόνια ονομάζονται έμμεσα ιονίζουσα ακτινοβολία.

Η ακτινοβολία φωτονίου ονομάζεται ακτίνες γ εάν παράγονται από πυρηνική αντίδραση, διάσπαση υποατομικού σωματιδίου, ή ραδιενεργό διασπαση μέσα στον πυρήνα. Αλλιώς, ονομάζεται ακτίνες Χ εάν παράγεται εκτός πυρήνα. Ο γενικός όρος φωτόνιο χρησιμοποιείται συνεπώς για να περιγράψει και τα δύο.

Οι ακτίνες Χ έχουν κανονικά μικρότερη ενέργεια από τις ακτίνες γ και μια παλιότερη σύμβαση ήταν ο καθορισμός του ορίου ως το μήκος κύματος 10−11 m ή φωτόνιο ενέργειας 100 keV. Αυτό το κατώφλι προέκυψε από περιορισμούς των παλιότερων σωλήνων ακτίνων Χ και μικρή γνώση των ισομερών μεταπτώσεων. Οι σύγχρονες τεχνολογίες και ανακαλύψεις έχουν καταλήξει σε επικάλυψη μεταξύ των ενεργειών ακτίνων Χ και ακτίνων γ. Σε πολλά πεδία είναι λειτουργικά ταυτόσημες, διαφέροντας για επίγειες μελέτες μόνο στην προέλευση της ακτινοβολίας. Στην αστρονομία, όμως, όπου η προέλευση της ακτινοβολίας δεν μπορεί συχνά να καθοριστεί αξιόπιστα, η παλιά διαίρεση της ενέργειας έχει διατηρηθεί, με τις ακτίνες Χ να καθορίζονται μεταξύ περίπου 120 eV και 120 keV, ενώ οι ακτίνες γ με ενέργεια πάνω από 100 και μέχρι 120 keV, ανεξάρτητα από την πηγή. Οι περισσότερες ακτίνες γ στην αστρονομία είναι γνωστό ότι "δεν" προέρχονται από πυρηνικές ραδιενεργές διαδικασίες αλλά ως αποτέλεσμα διεργασιών όπως αυτές που παράγουν αστρονομικές ακτίνες Χ, αλλά προκύπτουν από πολύ πιο ενεργητικά ηλεκτρόνια.

Η φωτοηλεκτρική απορρόφηση είναι ο κυρίαρχος μηχανισμός σε οργανικά υλικά για ενέργειες φωτονίου κάτω από 100 keV, συνηθισμένο για κλασικούς σωλήνες ακτίνων Χ που δημιουργούν ακτίνες Χ. Σε ενέργειες κάτω από 100 keV, τα φωτόνια ιονίζουν την ύλη όλο και πιο πολύ μέσω του φαινομένου Κόμπτον και τότε έμμεσα μέσω παραγωγής ζεύγους σε ενέργειες κάτω από 5 MeV. Το συνοδευτικό διάγραμμα αλληλεπίδρασης εμφανίζει δύο σκεδάσεις Κόμπτον που συμβαίνουν διαδοχικά. Σε κάθε συμβάν σκέδασης, η ακτίνα γ μεταφέρει ενέργεια σε ένα ηλεκτρόνιο και συνεχίζει τη διαδρομή της σε διαφορετική κατεύθυνση και με μειωμένη ενέργεια.

Καθορισμός ορίου για φωτόνια χαμηλότερης ενέργειας
Η US Federal Communications Commission material καθορίζει ως ιονίζουσα ακτινοβολία αυτή με ενέργεια φωτονίου μεγαλύτερη από 10 eV (ισοδύναμη με το άπω υπεριώδες μήκος κύματος των 124 νανομέτρων). Χοντρικά, αυτό αντιστοιχεί και στην πρώτη ενέργεια ιονισμού του οξυγόνου και στην ενέργεια ιονισμού του υδρογόνου, και οι δυο τους γύρω στα 14 eV  Σε κάποιες αναφορές της Environmental Protection Agency, ο ιονισμός ενός τυπικού μορίου νερού με ενέργεια 33 eV αναφέρεται  ως το κατώφλι για ακτινοβολία ιονισμού: αυτή η τιμή αντιστοιχεί στη λεγόμενη τιμή W, το ανεπίσημο όνομα για την ικανότητα ανάσχεσης της International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU), που συνδυάζει την ενέργεια ιονισμού συν τη χαμένη ενέργεια σε άλλες διεργασίες όπως τη διέγερση. Σε μήκος κύματος 38 nm ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, τα 33 eV είναι κοντά με την ενέργεια στη συμβατική μετάβαση μήκους κύματος 10 nm μεταξύ του άπω υπεριώδους και της ακτινοβολίας ακτίνων Χ, που συμβαίνει περίπου στα 125 eV. Συνεπώς, η ακτινοβολία ακτίνων Χ είναι πάντα ιονίζουσα, αλλά μόνο η άπω υπεριώδης ακτινοβολία μπορεί να θεωρηθεί ιονίζουσα σε όλους τους ορισμούς.

Όπως σημειώθηκε, η βιολογική επίπτωση της ιονίζουσας ακτινοβολίας στα κύτταρα μοιάζει κάπως με αυτήν ευρέως φάσματος της μοριακά επιβλαβούς ακτινοβολίας , που επικαλύπτει την ιονίζουσα ακτινοβολία και επεκτείνεται παραπέρα, σε κάπως χαμηλότερες ενέργειες σε όλες τις περιοχές του υπεριώδους και μερικές φορές του ορατού φωτός σε κάποια συστήματα (όπως τα φωτοσυνθετικά συστήματα στα φύλλα). Αν και το DNA είναι πάντα ευπαθές σε βλάβες από ιονίζουσα ακτινοβολία, το μόριο του DNA μπορεί επίσης να πάθει ζημιά από ακτινοβολία με αρκετή ενέργεια για να διεγείρει συγκεκριμένους μοριακούς δεσμούς ώστε να σχηματίσει διμερή θυμίνης. Αυτή η ενέργεια μπορεί να είναι μικρότερη από ιονίζουσα, αλλά κοντά σε αυτή. Ένα καλό παράδειγμα είναι η ενέργεια του υπεριώδους φάσματος που ξεκινά περίπου στα 3,1 eV (400 nm) κοντά στο ίδιο ενεργειακό επίπεδο που μπορεί να προκαλέσει ηλιακό έγκαυμα σε απροστάτευτο δέρμα, ως αποτέλεσμα των φωτοαντιδράσεων στο κολλαγόνο και (στην περιοχή UV-B) βλάπτει επίσης το DNA (παραδείγματος χάρη, διμερή πυριμιδίνης). Συνεπώς, το μέσο και κατώτερο υπεριώδες ηλεκτρομαγνητικό φάσμα βλάπτει τους βιολογικούς ιστούς ως αποτέλεσμα ηλεκτρονικής διέγερσης σε μόρια που υπολείπονται του ιονισμού, αλλά παράγουν παρόμοια μη θερμικά αποτελέσματα. Σε κάποια έκταση, το ορατό φως είναι επίσης υπεριώδες Α (UVA) που είναι πολύ κοντά στις ορατές ενέργειες, που έχουν αποδειχθεί να καταλήγουν στο σχηματισμό δραστικών μορφών οξυγόνου στο δέρμα, που προκαλεί έμμεση βλάβη επειδή αυτές διεγείρουν ηλεκτρονικά μόρια που μπορούν να προκαλέσουν δραστική βλάβη, αν και δεν προκαλούν έγκαυμα (ερύθημα). Όπως η ιονίζουσα βλάβη, όλες αυτές οι επιπτώσεις στο δέρμα είναι πέρα από αυτές που παράγονται από τα απλά θερμικά φαινόμενα.

Φορτισμένοι πυρήνες
Οι φορτισμένοι πυρήνες είναι χαρακτηριστικοί των γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων και των συμβάντων ηλιακών σωματιδίων και δεν έχουν φυσικές πηγές στη Γη. Στο διάστημα, όμως, πρωτόνια πολύ υψηλής ενέργειας, πυρήνες ηλίου και ιόντα HZE μπορούν να σταματήσουν αρχικά από σχετικά λεπτές στρώσεις θωράκισης, ρούχων ή δέρματος. Όμως, η τελική αλληλεπίδραση θα δημιουργήσει δευτερογενή ακτινοβολία και θα προκαλέσει αλυσιδωτά βιολογικά φαινόμενα. Εάν μόνο ένα άτομο ιστού μετατοπιστεί από ενεργητικό πρωτόνιο, παραδείγματος χάρη, η σύγκρουση θα προκαλέσει παραπέρα αλληλεπιδράσεις στο σώμα. Αυτό ονομάζεται "γραμμική μεταφορά ενέργειας" (LET), που χρησιμοποιεί ελαστική σκέδαση.

Η LET μπορεί να οπτικοποιηθεί ως μπάλα μπιλιάρδου που κτυπά μια άλλη σύμφωνα με την αρχή διατήρησης της ορμής, απομακρύνοντας και τις δύο με την ενέργεια της πρώτης μπάλας να διαιρείται άνισα ανάμεσα στις δύο μπάλες. Όταν ένας φορτισμένος πυρήνας κτυπά έναν σχετικά αργό πυρήνα ενός αντικειμένου στο χώρο συμβαίνει η LET και απελευθερώνονται νετρόνια, σωματίδια άλφα, πρωτόνια χαμηλής ενέργειας και άλλοι πυρήνες με τις συγκρούσεις και συνεισφέρουν στην συνολική απορροφούμενη δόση του ιστού.

Έμμεσος ιονισμός
 Η ακτινοβολία έμμεσου ιονισμού είναι ηλεκτρικά ουδέτερη και συνεπώς δεν αλληλεπιδρά ισχυρά με την ύλη. Οι μαζικές επιπτώσεις του ιονισμού οφείλονται σε δευτερογενείς ιονισμούς.
Παράδειγμα ακτινοβολίας έμμεσου ιονισμού αποτελεί η ακτινοβολία νετρονίων (neutron radiation).

Νετρόνια
Τα νετρόνια έχουν μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο και συνεπώς συχνά δεν προκαλούν άμεσο ιονισμό με ένα μοναδικό βήμα ή αλληλεπίδραση με την ύλη. Όμως, τα γρήγορα νετρόνια θα αλληλεπιδράσουν με τα πρωτόνια σε υδρογόνο μέσω γραμμικής μεταφοράς ενέργειας (LET) και αυτός ο μηχανισμός σκεδάζει τους πυρήνες των υλικών στην περιοχή προορισμού, προκαλώντας άμεσο ιονισμό από τα άτομα του υδρογόνου. Όταν τα νετρόνια προσκρούουν στους πυρήνες του υδρογόνου, έχουν ως αποτέλεσμα την ακτινοβολία πρωτονίων. Αυτά τα πρωτόνια ιονίζονται τα ίδια επειδή έχουν υψηλή ενέργεια, είναι φορτισμένα και αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρόνια στην ύλη.

Τα νετρόνια που προσκρούουν σε άλλους πυρήνες πέρα από το υδρογόνο θα μεταφέρουν λιγότερη ενέργεια στο άλλο σωματίδιο εάν συμβεί η γραμμική μεταφορά ενέργειας. Αλλά, για πολλούς πυρήνες που κτυπιούνται από νετρόνια, συμβαίνει ανελαστική σκέδαση. Εάν θα συμβεί ελαστική ή ανελαστική σκέδαση εξαρτάται από την ταχύτητα του νετρονίου, είτε είναι γρήγορα είτε θερμικά ή κάπου στο ενδιάμεσο. Εξαρτάται επίσης από τους πυρήνες που προσκρούουν και τη διατομή του νετρονίου.

Στην ανελαστική σκέδαση, τα νετρόνια απορροφώνται άμεσα με μια διεργασία που ονομάζεται σύλληψη νετρονίου και συνεισφέρει στην ενεργοποίηση των νετρονίων του πυρήνα. Οι αλληλεπιδράσεις του νετρονίου με τους περισσότερους τύπους της ύλης με αυτόν τον τρόπο παράγουν συνήθως ραδιενεργούς πυρήνες. Πολλοί πυρήνες ισοτόπων οξυγόνου-16, παραδείγματος χάρη, υφίστανται ενεργοποίηση νετρονίου, που γρήγορα διασπώνται με εκπομπή πρωτονίου σχηματίζοντας άζωτο-16, που μετατρέπονται σε οξυγόνο-16. Η διάσπαση του βραχύβιου αζώτου-16 εκπέμπει μια ισχυρή ακτίνα βήτα. Αυτή η διεργασία μπορεί να γραφτεί ως:

16O (n,p) 16N (η γρήγορη σύλληψη νετρονίου είναι δυνατή με νετρόνιο >11 MeV)
16N → 16O + β− (Ο χρόνος διάσπασης t1/2 = 7,13 s)
Αυτή η υψηλής ενέργειας β− αλληλεπιδρά παραπέρα γρήγορα με άλλους πυρήνες, εκπέμποντας  υψηλής ενέργειας γ μέσω ακτινοβολίας πέδησης

Αν και μη ευνοϊκή αντίδραση, η αντίδραση 16O (n,p) 16N είναι μεγάλη πηγή ακτίνων Χ που εκπέμπονται από το νερό ψύξης ενός αντιδραστήρα πεπιεσμένου ύδατος και συνεισφέρει τεράστια στη δημιουργούμενη ακτινοβολία από το ψυχόμενο νερό του πυρηνικού αντιδραστήρα κατά τη λειτουργία του.

Για την καλύτερη θωράκιση των νετρονίων, χρησιμοποιούνται υδρογονάνθρακες που έχουν αφθονία υδρογόνου .

Σε σχάσιμα (fissile) υλικά, τα δευτερογενή νετρόνια μπορούν να παράξουν πυρηνικές αλυσιδωτές αντιδράσεις, προκαλώντας μεγαλύτερο ιονισμό από τα θυγατρικά προϊόντα της σχάσης.

Έξω από τον πυρήνα, τα ελεύθερα νετρόνια είναι ασταθή και έχουν μέσο χρόνο ζωής 14 λεπτών και 42 δευτερολέπτων. Η διάσπαση των ελεύθερων νετρονίων με εκπομπή ηλεκτρονίου και ένα αντινετρίνου ηλεκτρονίου για να γίνει πρωτόνιο, είναι μια διεργασία γνωστή ως διάσπαση βήτα:

Στο διάγραμμα στα δεξιά, ένα νετρόνιο συγκρούεται με ένα πρωτόνιο του υλικού-στόχου και έπειτα γίνεται γρήγορη ανάκρουση του πρωτονίου που ιονίζει με τη σειρά του. Στο τέλος της διαδρομής του, το νετρόνιο συλλαμβάνεται από έναν πυρήνα σε μια αντίδραση (n,γ) που οδηγεί στην εκπομπή ενός φωτονίου σύλληψης νετρονίου. Τέτοια φωτόνια έχουν πάντα αρκετή ενέργεια για να χαρακτηριστούν ως ιονίζουσα ακτινοβολία.

Φυσικά αποτελέσματα

Πυρηνικά αποτελέσματα
Η ακτινοβολία νετρονίου, η ακτινοβολία άλφα και πολύ ενεργητική γάμμα (> ~20 MeV) μπορούν να προκαλέσουν μεταστοιχείωση και επαγόμενη ραδιενέργεια. Οι σχετικοί μηχανισμοί είναι η ενεργοποίηση νετρονίου, η απορρόφηση άλφα και η φωτοδιάσπαση (photodisintegration). Ένας αρκετά μεγάλος αριθμός μεταστοιχειώσεων μπορεί να αλλάξει μακροσκοπικές ιδιότητες και να προκαλέσει στους στόχους να γίνουν οι ίδιοι ραδιενεργοί, ακόμα και μετά την απομάκρυνση της αρχικής πηγής.

Χημικά αποτελέσματα
Ο ιονισμός των μορίων μπορεί να οδηγήσει σε ραδιόλυση (radiolysis) (σπάσιμο των χημικών δεσμών) και σχηματισμό πολύ δραστικών ελευθέρων ριζών. Αυτές οι ελεύθερες ρίζες μπορεί τότε να αντιδράσουν χημικά με γειτονικά υλικά ακόμα και μετά τη διακοπή της αρχικής ακτινοβολίας. (π.χ., πυρόλυση όζοντος (ozone cracking) των πολυμερών από όζον που σχηματίζεται με ιονισμό του αέρα). Η ιονίζουσα ακτινοβολία μπορεί να διασπάσει τα κρυσταλλικά πλέγματα στα μέταλλα, καθιστώντας τα άμορφα, με επακόλουθη διόγκωση, τον ερπυσμό υλικού και ευθραυστότητα. Η ιονίζουσα ακτινοβολία μπορεί επίσης να επιταχύνει τις υφιστάμενες χημικές αντιδράσεις όπως ο πολυμερισμός και η διάβρωση, συνεισφέροντας στην απαιτούμενη ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης. Τα οπτικά υλικά σκουραίνουν με την επίδραση της ιονίζουσας ακτινοβολίας.

Ιονίζουσα ακτινοβολία υψηλής έντασης στον αέρα μπορεί να παράξει ορατή αίγλη ιονισμένου αέρα (ionized air glow) γαλαζωπού-ιώδους χρώματος. Η λάμψη μπορεί να παρατηρηθεί, π.χ. κατά τη διάρκεια ατυχημάτων κρισιμότητας (criticality accidents), γύρω από σύννεφα μανιταριού αμέσως μετά από πυρηνική έκρηξη, ή μέσα σε χαλασμένο πυρηνικό αντιδραστήρα όπως κατά την καταστροφή του Τσερνόμπιλ.

Μονατομικά ρευστά, π.χ. τετηγμένο νάτριο, δεν έχουν χημικούς δεσμούς για να σπάσουν και ούτε κρυσταλλικό πλέγμα να διαταράξουν, έτσι είναι απρόσβλητα από τα χημικά αποτελέσματα της ιονίζουσας ακτινοβολίας. Οι απλές διατομικές ενώσεις με πολύ αρνητική πρότυπη ενθαλπία σχηματισμού, όπως το υδροφθόριο θα ανασχηματιστούν γρήγορα και στιγμιαία μετά τον ιονισμό.

Ηλεκτρικά αποτελέσματα
Ο ιονισμός των υλικών αυξάνει προσωρινά την αγωγιμότητά τους, επιτρέποντας δυνητικά τη βλάβη των επιπέδων του ρεύματος. Αυτός είναι ένας ιδιαίτερος κίνδυνος στη μικροηλεκτρονική ημιαγωγών που χρησιμοποιείται σε ηλεκτρονικό εξοπλισμό, με τα επακόλουθα ρεύματα να εισάγουν σφάλματα λειτουργίας ή ακόμα και μόνιμη βλάβη των συσκευών. Συσκευές σε περιβάλλοντα υψηλής ακτινοβολίας όπως στην πυρηνική βιομηχανία και σε ατμοσφαιρικές (διαστημικές) εφαρμογές μπορεί να υφίστανται σκλήρυνση στην ακτινοβολία (radiation hardening) για να αντισταθούν σε τέτοιες επιπτώσεις μέσω σχεδίασης, επιλογής υλικών και μεθόδων κατασκευής.

Η ακτινοβολία πρωτονίων του διαστήματος μπορεί επίσης να προκαλέσει μονοσυμβατικές (single-event) αλλαγές σε ψηφιακά κυκλώματα.

Τα ηλεκτρικά αποτελέσματα της ιονίζουσας ακτινοβολίας χρησιμοποιούνται σε ανιχνευτές ακτινοβολίας με αέριο, π.χ. τον μετρητή Γκάιγκερ ή τον θάλαμο ιόντων.

Επιπτώσεις στην υγεία
Γενικά, η ιονίζουσα ακτινοβολία είναι επικίνδυνη και δυνητικά θανάσιμη σε ζώντες οργανισμούς, αλλά μπορεί να έχει θετικά αποτελέσματα στην ακτινοθεραπεία (radiation therapy) για τη θεραπεία του καρκίνου και τη θυρεοτοξίκωση.

Τα περισσότερα αρνητικά αποτελέσματα της έκθεσης στην ακτινοβολία μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δύο γενικές κατηγορίες:
αιτιοκρατικά αποτελέσματα (deterministic effects) (επιβλαβείς αντιδράσεις ιστών) που οφείλονται σε μεγάλο βαθμό στην καταστροφή/δυσλειτουργία των κυττάρων μετά από υψηλές δόσεις· και
σε τυχαία αποτελέσματα (stochastic effects), δηλαδή, καρκίνο και κληρονομήσιμα αποτελέσματα που περιλαμβάνουν είτε ανάπτυξη καρκίνου σε εκτιθεμένα άτομα λόγω μετάλλαξης των σωματικών κυττάρων ή σε κληρονομήσιμες ασθένειες των απογόνων τους που οφείλονται σε μεταλλάξεις των αναπαραγωγικών κυττάρων.

Η πιο συνηθισμένη επίπτωση είναι ο τυχαίος επαγόμενος καρκίνος με λανθάνουσα περίοδο ετών ή δεκαετιών μετά την έκθεση. Ο μηχανισμός με τον οποίον συμβαίνει αυτό είναι καλά κατανοητός, αλλά τα ποσοτικά πρότυπα που προβλέπουν το επίπεδο του κινδύνου παραμένουν αμφιλεγόμενα. Το πιο πλατιά αποδεκτό πρότυπο θεωρεί ότι η συχνότητα των καρκίνων λόγω της ακτινοβολίας ιονισμού αυξάνεται γραμμικά με την δραστική δόση ακτινοβολίας (effective radiation dose) με ρυθμό 5,5% ανά sievert. Εάν αυτό το γραμμικό πρότυπο είναι σωστό, τότε η φυσική ακτινοβολία υποβάθρου είναι η πιο επικίνδυνη πηγή ακτινοβολίας για την υγεία του γενικού πληθυσμού, ακολουθούμενη από την ιατρική απεικόνιση από κοντά ως δεύτερη. Άλλα πιθανά αποτελέσματα της ιονίζουσας ακτινοβολίας είναι η τερατογένεση (teratogenesis), η γνωστική μείωση και οι καρδιαγγειακές παθήσεις.

Υψηλές δόσεις ακτινοβολίας επιφέρουν αιτιοκρατικά αποτελέσματα που συμβαίνουν αξιόπιστα πάνω από ένα κατώφλι και η βαρύτητά τους αυξάνει με τη δόση. Τα νομοτελειακά αποτελέσματα δεν είναι κατ' ανάγκη περισσότερο ή λιγότερο σοβαρά από τα τυχαία αποτελέσματα· οποιαδήποτε από τα δύο μπορούν τελικά να οδηγήσουν σε προσωρινή ενόχληση ή θάνατο. Παραδείγματα είναι τα εξής: εγκαύματα ακτινοβολίας και/ή γρήγορος θάνατος μέσω οξέος συνδρόμου ακτινοβολίας, χρόνιου συνδρόμου ακτινοβολίας και ακτινοεπαγόμενη θυρεοειδίτιδα (radiation-induced thyroiditis).

Ελεγχόμενες δόσεις χρησιμοποιούνται ευνοϊκά για ακτινοδιαγνωστική και ραδιοθεραπεία. Κάποιοι επιστήμονες υποπτεύονται ότι χαμηλές δόσεις μπορεί να έχουν ήπιο ορμετικό (ευνοϊκό) αποτέλεσμα που μπορεί να βελτιώσει την υγεία, αλλά η US National Academy of Sciences Biological Effects of Ionizing Radiation Committee "έχει καταλήξει ότι δεν υπάρχει πειστική απόδειξη που να δείχνει ότι υπάρχει δόση κάτω από το κατώφλι με μηδενικό κίνδυνος πρόκλησης όγκου"

Όταν τα εκπεμπόμενα ισότοπα σωματιδίων άλφα λαμβάνονται εσωτερικά, είναι πολύ πιο επικίνδυνα από ότι δείχνει η ημιζωή τους ή ο ρυθμός διάσπασής τους. Αυτό οφείλεται στην υψηλή σχετική βιολογική απόδοση της ακτινοβολίας άλφα στην πρόκληση βιολογικής βλάβης μετά την είσοδο ραδιοϊσοτόπων που εκπέμπουν άλφα ακτινοβολία σε ζώντα κύτταρα. Εισαγόμενα εσωτερικά ραδιοϊσότοπα από πομπούς άλφα όπως τα υπερουράνια ή οι ακτινίδες είναι κατά μέσο όρο περίπου 20 φορές πιο επικίνδυνα και σε κάποια πειράματα μέχρι 1000 φορές πιο επικίνδυνα από την ισοδύναμη επίπτωση ραδιοϊσοτόπων που εκπέμπουν άλφα ή βήτα ακτινοβολία.

Το ανθρώπινο σώμα δεν μπορεί να αισθανθεί την ιονίζουσα ακτινοβολία εκτός από πολύ μεγάλες δόσεις, αλλά τα αποτελέσματα του ιονισμού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να χαρακτηρίσουν την ακτινοβολία. Ενδιαφέροντες παράμετροι αποτελούν ο ρυθμός διάσπασης, η ροή σωματιδίων, ο τύπος σωματιδίων, η ενέργεια δέσμης, η απελευθερούμενη κινητική ενέργεια ανά μονάδα μάζας, ο ρυθμός δόσης και η δόση ακτινοβολίας.

Εάν ο τύπος ακτινοβολίας δεν είναι γνωστός, τότε μπορεί να καθοριστεί με διαφορικές μετρήσεις παρουσία ηλεκτρικών πεδίων, μαγνητικών πεδίων, ή διαφορετικών ποσών θωράκισης.

Η Διεθνής Επιτροππή Ακτινοπροστασίας (International Commission on Radiological Protection) διαχειρίζεται το Διεθνές Σύστημα Ακτινολογικής Προστασίας, που καθορίζουν τα συνιστώμενα όρια πρόσληψης. Οι τιμές της δόσης μπορεί να εκφράζονται σε απορροφούμενη, ισοδύναμη, ενεργή, ή δεσμευμένη δόση. Η παρακολούθηση και ο υπολογισμός των δόσεων για προστασίας της ανθρώπινης υγείας ονομάζεται δοσιμετρία. Βασικά εργαλεία μετρήσεων είναι η χρήση των δοσιμέτρων για να δώσουν την εξωτερική πρόσληψη ενεργού δόσης και η χρήση βιοανάλυσης, για βρώση.

Η δεσμευμένη δόση είναι ένα μέτρο του τυχαίου κινδύνου υγείας λόγω πρόσληψης ραδιενεργού υλικού στο ανθρώπινο σώμα. Η ICRP αναφέρει "Για εξωτερική έκθεση, οι δεσμευμένες ενεργές δόσεις ορίζονται γενικά από εκτίμηση των προσλήψεων ραδιονουκλιδίων, από μετρήσεις βιοπροσδιορισμού ή άλλες ποσότητες. Η δόση ακτινοβολίας καθορίζεται από την πρόσληψη χρησιμοποιώντας συνιστώμενους συντελεστές δόσης".

Μετρήσεις
Ο παρακάτω πίνακας δείχνει ακτινοβολία και ποσότητες δόσης σε μονάδες SI και μη-SI. Οι σχέσεις των ποσοτήτων δόσεων ICRP εμφανίζονται στο συνοδευτικό διάγραμμα.

Χρήσεις
Η ιονίζουσα ακτινοβολία έχει πολλές βιομηχανικές, στρατιωτικές και ιατρικές χρήσεις. Η χρησιμότητά της πρέπει να αντισταθμιστεί με τους κινδύνους της, ένας συμβιβασμός που έχει μετατοπιστεί με την πάροδο του χρόνου. Παραδείγματος χάρη, κάποτε, οι βοηθοί στα καταστήματα υποδημάτων χρησιμοποιούσαν ακτίνες-Χ για να ελέγξουν το μέγεθος υποδημάτων ενός παιδιού, αλλά αυτή η πρακτική σταμάτησε όταν έγιναν καλύτερα γνωστοί οι κίνδυνοι της ιονίζουσας ακτινοβολίας.

Η ακτινοβολία νετρονίων είναι βασική στην εργασία των πυρηνικών αντιδραστήρων και των πυρηνικών όπλων. Η ικανότητα διείσδυσης των ακτίνων Χ, γ, β και η ακτινοβολία ποζιτρονίων χρησιμοποιείται στην ακτινοδιαγνωστική, στον μη καταστροφικό έλεγχο και πολλές βιομηχανικές μετρήσεις. Ραδιενεργοί ιχνηθέτες χρησιμοποιούνται σε ιατρικές, βιολογικές και βιομηχανικές εφαρμογές, καθώς και στην ακτινοχημεία. Η ακτινοβολία α χρησιμοποιείται στους στατικούς εξολοθρευτές και τους ανιχνευτές καπνού. Τα αποστειρωτικά αποτελέσματα της ιονίζουσας ακτινοβολίας χρησιμοποιούνται στον καθαρισμό ιατρικών οργάνων, στην ακτινοβόληση τροφίμων και στην τεχνική στείρων εντόμων. Μετρήσεις του C-14 μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην χρονολόγηση των καταλοίπων οργανισμών νεκρών προ πολλού (όπως το ξύλο που είναι χιλιάδες χρόνια παλιό).

Πηγές ακτινοβολίας
Η ιονίζουσα ακτινοβολία δημιουργείται μέσω πυρηνικών αντιδράσεων, πυρηνικής αποσύνθεσης, με πολύ υψηλή θερμοκρασία, ή μέσω επιτάχυνσης φορτισμένων σωματιδίων σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Οι φυσικές πηγές περιλαμβάνουν τον ήλιο, τους κεραυνούς και εκρήξεις υπερκαινοφανών. Οι τεχνητές πηγές περιλαμβάνουν πυρηνικούς αντιδραστήρες, επιταχυντές σωματιδίων και σωλήνων ακτίνων Χ.

Η Επιστημονική Επιτροπή του ΟΗΕ για τις Επιπτώσεις της Ατομικής Ακτινοβολίας (UNSCEAR) κατηγοριοποίησε τους τύπους της ανθρώπινης έκθεσης.

Η Διεθνής Επιτροπή Ακτινολογικής Προστασίας διαχειρίζεται το Διεθνές Σύστημα Ακτινολογικής Προστασίας, που ορίζει τα συνιστώμενα όρια δόσεων πρόσληψης.

Ακτινοβολία υποβάθρου
Η ακτινοβολία υποβάθρου προέρχεται από φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές.

Ο γενικός μέσος όρος έκθεσης των ανθρώπων σε ιονίζουσα ακτινοβολία είναι περίπου 3 mSv (0,3 rem) τον χρόνο, 80% της οποίας προέρχεται από τη φύση. Το υπόλοιπο 20% προκύπτει από έκθεση σε ανθρωπογενείς πηγές ακτινοβολίας, κυρίως από ιατρική απεικόνιση. Ο μέσος όρος έκθεσης είναι πολύ υψηλότερος στις αναπτυγμένες χώρες, κυρίως λόγω της αξονικής τομογραφίας και της πυρηνικής ιατρικής.

Η φυσική ακτινοβολία υποβάθρου προέρχεται από πέντε κύριες πηγές: κοσμική ακτινοβολία, ηλιακή ακτινοβολία,  εξωτερικές γήινες πηγές ακτινοβολία στο ανθρώπινο σώμα και ραδόνιο.

Ο ρυθμός υποβάθρου για τη φυσική ακτινοβολία ποικίλλει σημαντικά με την τοποθεσία, όντας μικρός έως και 1,5 mSv/a (1,5 mSv τον χρόνο) σε κάποιες περιοχές και πάνω από 100 mSv/a σε άλλες. Το υψηλότερο επίπεδο καθαρά φυσικής ακτινοβολίας που καταγράφηκε στην επιφάνεια της Γης είναι 90 µGy/h (0,8 Gy/a) σε μια βραζιλιάνικη μαύρη ακτή που αποτελείται από μοναζίτη. Η υψηλότερη ακτινοβολία υποβάθρου σε κατοικήσιμη περιοχή βρίσκεται στο Ραμσάρ, κυρίως λόγω του φυσικά ραδιενεργού ασβεστόλιθου που χρησιμοποιείται ως δομικό υλικό. Περίπου 2000 από τους πιο εκτεθειμένους κατοίκους δέχονται έναν μέσο όρο δόσης ακτινοβολίας 10 mGy το έτος, (1 rad/έτος) δέκα φορές περισσότερο από το συνιστώμενο δημόσιο όριο έκθεσης από τεχνητές πηγές από την ICRP. Τα μέγιστα επίπεδα βρέθηκαν σε ένα σπίτι όπου η δραστική δόση ακτινοβολίας λόγω εξωτερικής ακτινοβολίας ήταν 135 mSv/a, (13,5 rem/έτος) και η δεσμευμένη δόση από ραδόνιο ήταν 640 mSv/a (64,0 rem/yr). Αυτή η μοναδική περίπτωση είναι πάνω από 200 φορές υψηλότερη από τον παγκόσμιο μέσο όρο ακτινοβολίας υποβάθρου.

Κοσμική ακτινοβολία

Η Γη και όλα τα ζώντα είδη βομβαρδίζονται συνεχώς με ακτινοβολία εκτός του ηλιακού μας συστήματος. Αυτή η κοσμική ακτινοβολία αποτελείται από σχετιστικά σωματίδια: θετικά φορτισμένους πυρήνες (ιόντα) από πρωτόνια με 1 amu (περίπου το 85% από αυτούς) μέχρι  πυρήνες σιδήρου 26 amu και ακόμα παραπέρα. (Τα υψηλού ατομικού αριθμού σωματίδια ονομάζονται ιόντα HZE.) Η ενέργεια αυτής της ακτινοβολίας μπορεί να ξεπεράσει κατά πολύ αυτή που μπορεί να δημιουργήσουν οι άνθρωποι, ακόμα και στους μεγαλύτερους επιταχυντές σωματιδίων. Αυτή η ακτινοβολία αλληλεπιδρά στην ατμόσφαιρα δημιουργώντας δευτερογενή ακτινοβολία που πέφτει στη γη, συμπεριλαμβάνοντας ακτίνες Χ, μιόνια, πρωτόνια, αντιπρωτόνια, σωματίδια άλφα, πιόνια, ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια και νετρόνια.

Η δόση από την κοσμική ακτινοβολία είναι κυρίως από μιόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια, με έναν ρυθμό δόσης που ποικίλλει σε διαφορετικά μέρη του κόσμου και εξαρτάται κυρίως από τα γεωμαγνητικά πεδία, το ύψος και τον ηλιακό κύκλο. Ο ρυθμός δόσης της κοσμικής ακτινοβολίας στα αεροπλάνα είναι τόσο υψηλός που σύμφωνα με την αναφορά του Οργανισμού Ηνωμένων Εθνών UNSCEAR 2000, τα μέλη του πληρώματος πτήσης δέχονται μεγαλύτερη δόση κατά μέσο όρο από οποιονδήποτε άλλον εργαζόμενο, συμπεριλαμβανομένων των εργαζομένων σε πυρηνικά εργοστάσια. Τα πληρώματα των αεροσκαφών δέχονται περισσότερη κοσμική ακτινοβολία εάν πετούν κατ' επανάληψη σε πτήσεις που τους φέρνουν πιο κοντά στον Βόρειο ή Νότιο πόλο σε μεγάλα ύψη, όπου αυτός ο τύπος ακτινοβολίας είναι μέγιστος.

Οι κοσμικές ακτίνες περιλαμβάνουν επίσης γάμμα ακτίνες υψηλής ενέργειας, των οποίων οι ενέργειες είναι πολύ μεγαλύτερες από ηλιακές ή ανθρώπινες πηγές.

Εξωτερικές επίγειες πηγές
Τα περισσότερα υλικά στη Γη περιέχουν κάποια ραδιενεργά άτομα, ακόμα κι αν είναι σε μικρές ποσότητες. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της λαμβανόμενης δόσης από αυτές τις πηγές είναι από πομπούς ακτίνων γ σε δομικά υλικά, ή πέτρες και έδαφος όταν είναι εξωτερικά. Τα σημαντικότερα ραδιοϊσότοπα ανησυχίας της επίγειας ακτινοβολίας είναι ισότοπα από κάλιο, ουράνιο και θόριο. Καθεμιά από αυτές τις πηγές έχει μειούμενη δραστικότητα από τον σχηματισμό της Γης.

Εσωτερικές πηγές ακτινοβολίας
Όλα τα γήινα υλικά που είναι δομικά υλικά της ζωής περιέχουν ραδιενεργά συστατικά. Επειδή οι άνθρωποι, τα φυτά και τα ζώα καταναλώνουν τροφή, αέρα και νερό, αυξάνεται ο κατάλογος των ραδιοϊσοτόπων μέσα στον οργανισμό. Μερικά ραδιονουκλεΐδια, όπως το κάλιο-40, εκπέμπουν ακτίνες γ υψηλής ενέργειας, που μπορούν να μετρηθούν από ευαίσθητα ηλεκτρονικά συστήματα μέτρησης ραδιενέργειας. Αυτές οι εσωτερικές πηγές ακτινοβολίας συνεισφέρουν σε μια συνολική δόση ακτινοβολίας του ατόμου από φυσική ακτινοβολία υποβάθρου.

Ραδόνιο
Μια σημαντική πηγή φυσικής ακτινοβολίας είναι το αέριο ραδόνιο, που διαρρέει συνεχώς από το υπόβαθρο του πετρώματος, αλλά μπορεί να συσσωρεύεται σε φτωχά αεριζόμενα σπίτια, λόγω τις υψηλής του πυκνότητας.

Το ραδόνιο-222 είναι ένα αέριο που παράγεται από την αποσύνθεση του ραδίου-226. Και είναι τμήμα της φυσικής αλυσίδας διάσπασης του ουρανίου. Το ουράνιο βρίσκεται στο έδαφος παντού σε διάφορες συγκεντρώσεις. Μεταξύ των μη καπνιστών, το ραδόνιο είναι η σπουδαιότερη αιτία καρκίνου του πνεύμονα και γενικά, η δεύτερη κύρια αιτία.

Έκθεση στην ακτινοβολία

Υπάρχουν τρεις τυπικοί τρόποι περιορισμού της έκθεσης:
 Χρόνος: Για άτομα που εκτίθενται στην ακτινοβολία πέρα από τη φυσική ακτινοβολία υποβάθρου, ο περιορισμός ή η ελαχιστοποίηση του χρόνου έκθεσης θα μειώσει τη δόση από την πηγή ακτινοβολίας.
 Απόσταση: Η ένταση της ακτινοβολίας μειώνεται απότομα με την απόσταση, σύμφωνα με τον νόμο του αντίστροφου τετραγώνου (σε απόλυτο κενό).
 Θωράκιση: Ο αέρας ή το δέρμα μπορεί να είναι επαρκή για ουσιαστική εξασθένιση της άλφα και βήτα ακτινοβολίας χαμηλής ενέργειας. Εμπόδια από μόλυβδο, σκυρόδεμα, ή νερό δίνουν αποτελεσματική προστασία από πιο ενεργητικά σωματίδια όπως οι ακτίνες γάμμα και τα νετρόνια. Μερικά ραδιενεργά υλικά αποθηκεύονται ή διαχειρίζονται υποβρύχια ή με τηλεχειριστήριο σε δωμάτια προστατευμένα από παχύ σκυρόδεμα ή επενδυμένα με μόλυβδο. Υπάρχουν ειδικές πλαστικές θωρακίσεις που σταματούν τα βήτα σωματίδια και ο αέρας θα σταματήσει τα περισσότερα άλφα σωματίδια. Η αποτελεσματικότητα ενός υλικού στη θωράκιση της ακτινοβολίας καθορίζεται από το πάχος της ημίσειας τιμής της, το πάχος του υλικού που μειώνει την ακτινοβολία κατά το ήμισυ. Αυτή η τιμή είναι συνάρτηση του ίδιου του υλικού και του τύπου και της ενέργειας της ιονίζουσας ακτινοβολίας. Μερικά γενικά αποδεκτά πάχη του υλικού εξασθένισης είναι 5 mm από αργίλιο (αλουμίνιο) για τα περισσότερα σωματίδια βήτα και 7,62 mm μολύβδου για ακτινοβολία γάμμα.

Αυτά μπορούν να εφαρμοστούν σε φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές. Για ανθρωπογενείς πηγές η χρήση του εγκλωβισμού είναι ένα σημαντικό εργαλείο στη μείωση της δόσης πρόσληψης και είναι αποτελεσματικός ένας συνδυασμός θωράκισης και απομόνωσης από το ανοικτό περιβάλλον. Τα ραδιενεργά υλικά περικλείονται στον μικρότερο δυνατό χώρο και διατηρούνται εκτός του περιβάλλοντος όπως σε κυψέλες ραδιενέργειας (hot cells) (για ακτινοβολία) ή συσκευές με χειριστήρια (gloveboxes) (για μόλυνση). Ραδιενεργά ισότοπα για ιατρική χρήση, παραδείγματος χάρη, διανέμονται σε κλειστές εγκαταστάσεις χειρισμού, ενώ οι πυρηνικοί αντιδραστήρες λειτουργούν μέσα σε κλειστά συστήματα με πολλαπλά φράγματα που διατηρούν τα ραδιενεργά υλικά περιορισμένα. Αίθουσες εργασίας, κυψέλες ραδιενέργειας και συσκευές με χειριστήρια έχουν ελαφρώς μειωμένες πιέσεις αέρα για να αποτρέψουν τη διαφυγή των αιωρουμένων υλικών σε ανοικτό περιβάλλον.

Σε πυρηνικές συγκρούσεις ή ειρηνικές πυρηνικές εκλύσεις τα μέτρα της πολιτικής προστασίας μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση της έκθεσης των πληθυσμών μειώνοντας την πρόσληψη των ισοτόπων και την επαγγελματική έκθεση. Ένα είναι η διανομή ταμπλετών από ιωδιούχο κάλιο (KI), που φράσσουν την πρόσληψη του ραδιενεργού ιωδίου-131 (ένα από τα κύρια προϊόντα ραδιοϊσοτόπων της πυρηνικής σχάσης) στον ανθρώπινο αδένα του θυρεοειδή).

Επαγγελματική έκθεση
Τα επαγγελματικά εκτιθέμενα άτομα ελέγχονται μέσα στο κανονιστικό πλαίσιο της χώρας όπου εργάζονται και σύμφωνα με τους τοπικούς περιορισμούς της πυρηνικής άδειας. Αυτοί συνήθως βασίζονται στις συστάσεις της ICRP.
Η Διεθνής Επιτροπή Ακτινοπροστασίας συνιστά περιορισμένη τεχνητή ακτινοβολία. Για επαγγελματική έκθεση, το όριο είναι 50 mSv για ένα έτος, με μέγιστο 100 mSv σε μια διαδοχική περίοδο πέντε ετών.

Η έκθεση στην ακτινοβολία αυτών των ατόμων παρακολουθείται προσεκτικά με τη χρήση δοσιμέτρων και άλλων οργάνων ακτινοπροστασίας που θα μετρούν τις συγκεντρώσεις των ραδιενεργών σωματιδίων, τις τιμές της ακτινοβολίας γάμμα και τη ραδιενεργή μόλυνση. Διατηρείται ένα αρχείο των δόσεων.

Παραδείγματα των δραστηριοτήτων, όπου η επαγγελματική έκθεση προκαλεί ανησυχία περιλαμβάνουν:
Το προσωπικό των αερομεταφορών (ο πιο εκτιθέμενος πληθυσμός)
Βιομηχανική ακτινογραφία
Ιατρική Ακτινολογία και Πυρηνική Ιατρική
Εξόρυξη ουρανίου
Πυρηνικά εργοστάσια και εργαζόμενους σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας πυρηνικών καυσίμων
Ερευνητικά εργαστήρια (κυβέρνηση, πανεπιστήμιο και ιδιωτικός τομέας)

Μερικές ανθρωπογενείς πηγές ακτινοβολίας επηρεάζουν το σώμα μέσω άμεσης ακτινοβολίας, γνωστής ως ενεργής δόσης, ενώ άλλες παίρνουν τη μορφή της ραδιενεργής μόλυνσης και ακτινοβολούν το σώμα εσωτερικά. Το δεύτερο είναι γνωστό ως δεσμευμένη δόση.

Δημόσια έκθεση
Ιατρικές διαδικασίες, όπως διαγνωστικές ακτίνες Χ, Πυρηνική Ιατρική και ακτινοθεραπεία είναι μακράν η πιο σημαντική πηγή ανθρωπογενούς έκθεσης σε ακτινοβολία στον γενικό πληθυσμό. Μερικά από τα κυριότερα ραδιοϊσότοπα που χρησιμοποιούνται είναι το I-131, το Tc-99, το Co-60, το Ir-192 και το Cs-137. Επίσης, ακτινοβολίες από καταναλωτικά προϊόντα όπως καπνός (Po-210), καύσιμα (βενζίνη, γαιάνθρακας (καύσιμο), κλπ.), τηλεοράσεις, φωτεινά ρολόγια και δίσκοι (τριτίου), συστήματα ακτίνων Χ αεροδρομίων, ανιχνευτές καπνού (αμερίκιο), ηλεκτρονικές λυχνίες και μανδύες σε λάμπες αερίου (gas lantern mantles) (θόριο).

Σε μικρότερο μέγεθος, το κοινό εκτίθεται σε ακτινοβολία από τον κύκλο πυρηνικού καυσίμου, που περιλαμβάνει ολόκληρη τη σειρά από κατοχή ουρανίου μέχρι τη διάθεση του καταναλωμένου καυσίμου. Τα αποτελέσματα τέτοιας έκθεσης δεν έχουν μετρηθεί αξιόπιστα λόγω των πολύ χαμηλών εμπλεκομένων δόσεων. Xρησιμοποιείται ένα πρότυπο καρκίνου ανά δόση για να αξιολογηθούν τέτοιες δραστηριότητες που προκαλούν αρκετές εκατοντάδες περιπτώσεις καρκίνου τον χρόνο, μια εφαρμογή του πλατιά αποδεκτού γραμμικού προτύπου χωρίς κατώφλι (Linear no-threshold model ή LNT).

Η Διεθνής Επιτροπή Ακτινοπροστασίας συνιστά τον περιορισμό της τεχνητής ακτινοβολίας στο κοινό σε έναν μέσο όρο 1 mSv (0,001 Sv) ενεργού δόσης το έτος, μη συμπεριλαμβάνοντας τις ιατρικές και τις επαγγελματικές εκθέσεις.

Σε έναν πυρηνικό πόλεμο, οι ακτίνες γάμμα και από την αρχική έκρηξη των όπλων και από τα κατάλοιπα θα ήταν πηγές έκθεσης σε ακτινοβολία.

Διαστημική πτήση
Συμπαγή σωματίδια προκαλούν ανησυχία για αστροναύτες εκτός του γήινου μαγνητικού πεδίου, επειδή μπορεί να δεχτούν ηλιακά σωματίδια από φαινόμενα ηλιακών πρωτονίων (SPE) και κοσμικές ακτίνες. Αυτοί οι υψηλής ενέργειας φορτισμένοι πυρήνες εμποδίζονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης, αλλά προκαλούν σημαντική ανησυχία υγείας για αστροναύτες που ταξιδεύουν στη σελήνη και σε οποιαδήποτε μακρινή απόσταση πέρα από τη γήινη τροχιά. Ιδιαίτερα, τα έντονα φορτισμένα ιόντα HZE είναι γνωστό ότι είναι έντονα επιβλαβή, αν και τα πρωτόνια αποτελούν τη μεγάλη πλειονότητα των γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων. Υπάρχουν ενδείξεις ότι περασμένα επίπεδα ακτινοβολίες SPE θα μπορούσαν να είναι θανάσιμα για απροστάτευτους αστροναύτες.

Αεροπορικά ταξίδια
Τα αεροπορικά ταξίδια εκθέτουν τα άτομα στα αεροσκάφη σε αυξημένη ακτινοβολία από το διάστημα συγκριτικά με το επίπεδο της θάλασσας, συμπεριλαμβανομένων των κοσμικών ακτίνων και από συμβάντα ηλιακών εκλάμψεων. Προγράμματα λογισμικού όπως τα Epcard, CARI, SIEVERT, PCAIRE είναι προσπάθειες προσομοίωσης της έκθεσης μελών αεροπορικών πληρωμάτων και επιβατών. Παράδειγμα μετρημένης δόσης (όχι προσομοιωμένης δόσης) είναι 6 μSv ανά ώρα από το Heathrow του Λονδίνου στο Narita του Τόκιο σε μια υψηλού γεωγραφικού πλάτους πολική διαδρομή. Όμως, οι δόσεις μπορούν να ποικίλλουν, όπως κατά τη διάρκεια περιόδων υψηλής ηλιακής δραστηριότητας. Η FAA των ΗΠΑ ζητά από τις αεροπορικές εταιρείες να παρέχουν στο ιπτάμενο προσωπικό πληροφορίες για την κοσμική ακτινοβολία και μια σύσταση της Διεθνούς Επιτροπής Ακτινοπροστασίας για τον γενικό πληθυσμό είναι όχι περισσότερο από 1 mSv ανά έτος. Επιπλέον, πολλές αεροπορικές εταιρείες δεν επιτρέπουν εγκύους ως μέλη του ιπτάμενου προσωπικού, ώστε να συμμορφώνονται με Ευρωπαϊκή Οδηγία. Η FAA έχει ένα συνιστώμενο όριο των 1 mSv συνολικά για μια εγκυμοσύνη και όχι περισσότερο από 0,5 mSv τον μήνα. Οι αρχικές πληροφορίες βασίστηκαν στο Fundamentals of Aerospace Medicine που δημοσιεύτηκε το 2008.

Σύμβολα προειδοποίησης κινδύνου ακτινοβολίας
Τα επίπεδα επικινδυνότητας της ιονίζουσας ακτινοβολία σημειώνονται με το σύμβολο τριφυλλιού σε κίτρινο παρασκήνιο. Αυτά αναρτώνται συνήθως στα όρια της ελεγχόμενης περιοχής ακτινοβολίας, ή σε οποιαδήποτε θέση, όπου τα επίπεδα ακτινοβολίας είναι σημαντικά πάνω από το υπόβαθρο λόγω ανθρώπινης επέμβασης.

Το κόκκινο σύμβολο προειδοποίησης ιονίζουσας ακτινοβολία (ISO 21482) ξεκίνησε το 2007 και αποσκοπεί για τις πηγές κατηγορίας 1, 2 και 3 της IAEA που ορίστηκαν ως επικίνδυνες πηγές ικανές να επιφέρουν τον θάνατο ή σοβαρό τραυματισμό, συμπεριλαμβάνοντας ακτινοβολητές  τροφίμων , μηχανήματα τηλεθεραπείας για θεραπεία καρκίνου και βιομηχανικές μονάδες ακτινογραφίας. Το σύμβολο πρέπει να τοποθετείται στη συσκευή που περιβάλλει την πηγή, καθώς και προειδοποίηση να μην αποσυναρμολογείται η συσκευή, ή να μην πλησιάζει κανείς κοντύτερα. Δεν θα είναι ορατό σε κανονικές συνθήκες, μόνο εάν κάποιος προσπαθήσει να αποσυναρμολογήσει τη συσκευή. Το σύμβολο δεν θα τοποθετείται σε θύρες πρόσβασης κτιρίων, σε πακέτα μεταφοράς ή περιέκτες.

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι
The Nuclear Regulatory Commission regulates most commercial radiation sources and non-medical exposures in the US:
NLM Hazardous Substances Databank – Ionizing Radiation
Beginners Guide to Ionising Radiation Measurement
Radiation Risk Calculator Calculate cancer risk from CT scans and xrays.
Free Radiation Safety Course
Health Physics Society Public Education Website
Oak Ridge Reservation  Basic Radiation Facts

Ραδιενέργεια
Ραδιοβιολογία
Καρκινογόνα
Μετάλλαξη