Wat is ioniserende straling?
Ioniserende straling is een vorm van energie die wordt uitgestraald door chemische elementen of verbindingen die een onstabiele elektrische lading hebben, die zowel positief als negatief kan zijn. De geëmitteerde elektrisch geladen deeltjes staan bekend als alfadeeltjes, bèta-deeltjes of gammastralen en elk type straling heeft verschillende karakteristieke effecten. Sommige zware elementen in de natuur produceren van nature deze effecten, zoals uranium, thorium en radium, en de aanwezigheid of de nabijheid van deze materialen in relatie tot het menselijk lichaam kan schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid. Dit komt omdat ioniserende straling bestaat langs een spectrum voor straling in het algemeen, waar het verantwoordelijk is voor veel hogere niveaus van energie-emissie dan niet-ioniserende straling, zoals die wordt geproduceerd door radiogolfuitzendingen.
Vormen van niet-ioniserende straling die bij gecontroleerde blootstelling als relatief veilig worden beschouwd, zijn onder meer zichtbare lichtgolven, microgolfenergie en infraroodlicht, zoals een broodrooster om brood te verwarmen. Deze vormen van straling hebben extreem lange golflengtes in vergelijking met ioniserende straling en verliezen snel vermogen met afstand of kunnen gemakkelijk worden gereflecteerd vanaf een oppervlak. Het gevaar van blootstelling aan ioniserende straling is grotendeels te wijten aan de hoogfrequente golven waarmee het wordt meegevoerd, die de meeste materialen enigszins kunnen doordringen en hun chemische structuur kunnen veranderen door normale chemische bindingen af te breken.
De soorten ioniserende straling die vaak voorkomen, hebben verschillende niveaus van energieafgifte. Een typisch ionisatieproces voor één atoom of molecuul geeft 33 elektronenvolt energie af aan de omgeving, wat voldoende is om de meeste soorten chemische bindingen te verbreken. Dit energieniveau wordt bijzonder belangrijk geacht omdat het in staat is de banden tussen koolstofatomen te verbreken waarop alle levensvormen op aarde zijn gebaseerd.
Alfadeeltjesemissie, waarbij twee protonen en twee neutronen betrokken zijn, wordt geproduceerd door dergelijke radioactieve elementen zoals radon, plutonium en uranium. Ze zijn de grootste massa ioniserende stralingsdeeltjes, en dit betekent dat ze niet ver kunnen reizen voordat ze worden tegengehouden door een barrière. Ze missen de energie om de buitenste lagen van de menselijke huid binnen te dringen, maar als ze door lucht of water worden ingenomen, kunnen ze kanker veroorzaken.
Beta-deeltjesstraling wordt geproduceerd uit vrije deeltjes in een atoomkern die lijken op elektronen. Deze deeltjes hebben veel minder massa dan alfadeeltjes en kunnen daarom verder reizen. Ze worden ook geproduceerd door zeldzame elementen zoals isotopen van strontium, cesium en jodium. De effecten van ioniserende straling van bèta-deeltjes kunnen in grote doses ernstig zijn en tot de dood leiden, en ze zijn een van de belangrijkste componenten van radioactieve neerslag door detonaties van kernwapens. In kleine hoeveelheden zijn ze nuttig voor de behandeling van kanker en medische beeldvorming. Deze deeltjes zijn ook nuttig in archeologisch onderzoek, omdat onstabiele elementen van koolstof zoals koolstof-14 kunnen worden gebruikt om fossiele overblijfselen te dateren.
Gammastraling ioniserende straling wordt geproduceerd door gammafotonen die vaak worden uitgezonden door instabiele atoomkernen samen met bèta-deeltjes. Hoewel ze een soort foton zijn dat lichtenergie zoals normaal zichtbaar licht vervoert, heeft een gamma-foton 10.000 keer meer energie dan een standaard wit lichtfoton. Deze emissies hebben geen massa zoals alfadeeltjes en ze kunnen grote afstanden afleggen voordat ze hun energetische lading verliezen. Hoewel vaak geclassificeerd met röntgenstralen, worden gammastralen uitgezonden door de atoomkern, terwijl röntgenstralen worden uitgezonden door elektronenschillen rond een atoom.
De voorschriften voor ioniserende straling beperken de blootstellingsniveaus aan gammastralen strikt, hoewel ze van nature op lage niveaus voorkomen en worden geproduceerd door de isotoop van kalium-40 die wordt aangetroffen in aarde, water en voedingsmiddelen met een hoog kaliumgehalte. Industrieel gebruik voor gammastraling omvat de praktijk van radiografie om scheuren en holtes in gelaste delen en metaalcomposieten in kaart te brengen, zoals in hogesnelheidstraalmotorturbines voor vliegtuigen. Straling van gammastraling wordt verreweg de gevaarlijkste vorm van straling voor levende wezens in grote doses beschouwd, en er is gepostuleerd dat, als een gammastraalster 8.000 lichtjaar van de aarde zou exploderen, het de helft van de De ozonlaag van de aarde, waardoor blootstelling aan ioniserende straling van onze eigen zon veel schadelijker is voor de menselijke gezondheid.