Co to jest promieniowanie jonizujące?

Promieniowanie jonizujące jest formą energii emitowanej przez pierwiastki chemiczne lub związki, które mają niestabilny ładunek elektryczny, który może być dodatni lub ujemny. Emitowane naładowane elektrycznie cząstki są znane jako cząstki alfa, cząstki beta lub promienie gamma, a każdy rodzaj promieniowania ma różne charakterystyczne efekty. Niektóre ciężkie pierwiastki w przyrodzie naturalnie wytwarzają te efekty, takie jak uran, tor i rad, a obecność lub bliskość tych materiałów w stosunku do ludzkiego ciała może być szkodliwa dla zdrowia ludzkiego. Wynika to z faktu, że promieniowanie jonizujące występuje ogólnie w całym spektrum promieniowania, gdzie jest ono odpowiedzialne za znacznie wyższy poziom emisji energii niż promieniowanie niejonizujące, takie jak wytwarzane przez transmisje fal radiowych.

Formy promieniowania niejonizującego, które są uważane za względnie bezpieczne przy kontrolowanej ekspozycji, obejmują fale światła widzialnego, energię mikrofalową i światło podczerwone, takie jak toster używany do podgrzewania chleba. Te formy promieniowania mają wyjątkowo długie długości fali w porównaniu do promieniowania jonizującego i albo szybko tracą moc wraz z odległością, albo mogą być łatwo odbite od powierzchni. Niebezpieczeństwo narażenia na promieniowanie jonizujące jest w dużej mierze spowodowane falami o wysokiej częstotliwości, przez które jest przenoszony, które mogą w pewnym stopniu przenikać większość materiałów i zmieniać ich strukturę chemiczną poprzez rozkład normalnych wiązań chemicznych.

Rodzaje promieniowania jonizującego, które zwykle występują, mają różne poziomy uwalniania energii. Typowy proces jonizacji dla jednego atomu lub cząsteczki uwalnia 33 wolty elektronu energii do otaczającego obszaru, co wystarcza do zerwania większości rodzajów wiązań chemicznych. Ten poziom uwalniania energii jest uważany za szczególnie ważny, ponieważ jest on w stanie zerwać wiązania między atomami węgla, na których oparte są wszystkie formy życia na Ziemi.

Emisja cząstek alfa, w której uczestniczą dwa protony i dwa neutrony, jest wytwarzana przez takie pierwiastki promieniotwórcze, jak radon, pluton i uran. Są to największe masowe cząstki promieniowania jonizującego, a to oznacza, że ​​nie mogą podróżować daleko przed zatrzymaniem przez barierę. Brakuje im energii do penetracji zewnętrznych warstw ludzkiej skóry, ale po spożyciu przez powietrze lub wodę mogą potencjalnie powodować raka.

Promieniowanie cząstek beta jest wytwarzane z wolnych cząstek w jądrze atomowym, które przypominają elektrony. Cząstki te mają znacznie mniejszą masę niż cząstki alfa i dlatego mogą podróżować dalej. Są również wytwarzane przez rzadkie pierwiastki, takie jak izotopy strontu, cezu i jodu. Efekty promieniowania jonizującego z cząstek beta mogą być poważne w dużych dawkach, prowadząc do śmierci, i są one jednym z głównych składników opadu radioaktywnego z detonacji broni jądrowej. W niewielkich ilościach są przydatne w leczeniu raka i obrazowaniu medycznym. Cząstki te są również pomocne w badaniach archeologicznych, ponieważ niestabilne pierwiastki węgla, takie jak węgiel-14, można wykorzystać do datowania pozostałości kopalnych.

Promieniowanie jonizujące gamma jest wytwarzane przez fotony gamma, które często są emitowane z niestabilnych jąder atomowych wraz z cząsteczkami beta. Chociaż są rodzajem fotonu, który przenosi energię świetlną, podobnie jak normalne światło widzialne, foton gamma ma 10.000 razy więcej energii niż standardowy foton światła białego. Emisje te nie mają masy podobnej do cząstek alfa i mogą pokonywać duże odległości przed utratą ładunku energetycznego. Choć często klasyfikowane za pomocą promieni rentgenowskich, promienie gamma są emitowane przez jądro atomowe, podczas gdy promienie rentgenowskie są emitowane przez powłoki elektronowe wokół atomu.

Przepisy dotyczące promieniowania jonizującego ściśle ograniczają poziomy narażenia na promienie gamma, chociaż naturalnie występują one na niskich poziomach i są wytwarzane przez izotop potasu-40, który znajduje się w glebie, wodzie i żywności bogatej w pierwiastek potasu. Zastosowania przemysłowe promieniowania gamma obejmują praktykę radiografii w celu sporządzania wykresów pęknięć i pustek w spawanych częściach i kompozytach metalowych, takich jak turbiny silników odrzutowych o dużej prędkości do samolotów. Promieniowanie gamma jest zdecydowanie uważane za najbardziej niebezpieczną formę promieniowania dla żywych istot w dużych dawkach, i postulowano, że gdyby gwiazda promieniowania gamma 8000 lat świetlnych od Ziemi wybuchła, mogłaby zniszczyć połowę Ziemska warstwa ozonowa, przez co narażenie na promieniowanie jonizujące z naszego Słońca jest znacznie bardziej szkodliwe dla zdrowia ludzkiego.