thumb|Alfastraling (α) wordt al geabsorbeerd door een vel papier, bèta (β)straling door een metaalplaat en gammastraling (γ) pas door een dikke betonmuur.
Ioniserende straling is straling die voldoende energetisch is om een elektron uit de buitenste schil van een atoom weg te slaan. Hierdoor krijgt het atoom in totaal een positieve lading in plaats van een neutrale lading, het atoom wordt geïoniseerd, en wordt een ion. Deze straling kan men niet zien, horen, proeven, ruiken of voelen.
De straling ontstaat voornamelijk bij radioactiviteit, dit is het spontane uiteenvallen van atoomkernen. Ioniserende straling wordt in de volksmond vaak ‘radioactieve straling’ genoemd, maar dit is eigenlijk verkeerd, want ‘radioactief’ betekent letterlijk ‘actief straling uitzendend’. De rekeneenheid voor straling wordt weergegeven in nanosievert (nSv): een miljardste deel van één sievert (Sv).
Direct of indirect Ionisatie kan op twee manieren gebeuren: direct of indirect. Directe ionisatie gaat door geladen deeltjes zoals alfadeeltjes of bètadeeltjes, indirecte ionisatie gaat door een reactie van een ongeladen deeltje of een foton met een atoom of een atoomkern. Hierbij ontstaan geladen deeltjes die op hun beurt andere atomen ioniseren. Fotonen komen altijd in de vorm van elektromagnetische straling en elektromagnetische straling bestaat altijd uit fotonen.
De energie die een foton nodig heeft om een atoom te ioniseren hangt af van het soort atoom. Zo is er bijvoorbeeld voor waterstof een foton met een energie van 13,6 eV (één elektronvolt = 1,602 · 10−19 joule) nodig om het te ioniseren, dus straling van een frequentie van ongeveer 3,28 · 1015 Hz, wat overeenkomt met de frequentie van ultraviolet licht. Voor andere atomen gelden dan andere waarden.
Nodige energie Om een atoom te kunnen ioniseren, moeten de materiële deeltjes of fotonen van de straling een voldoende hoge energie hebben. Een grote hoeveelheid deeltjes van lage energie heeft geen effect. Voor een foton is de energie
: uittreed-arbeid (J) : constante van Planck (6,62607 · 10−34 Js) : de grensfrequentie (Hz)
Is de frequentie van de deeltjes nog hoger, dan komt er dankzij de wet van behoud van energie energie voor in de vorm van kinetische energie. De hoeveelheid kinetische energie is:
Vormen van straling Ioniserende straling bestaat in verschillende vormen. Men onderscheidt: deeltjesstraling. Deze straling komt in de vorm van alfastraling, en als straling die uit neutronen of protonen bestaat. Er zijn twee vormen van bètastraling te onderscheiden: β− van elektronen en β+ van positronen. elektromagnetische straling, die altijd uit fotonen bestaat. Men onderscheidt afhankelijk van het golflengtebereik röntgenstraling (ca. , ook voornamelijk van elektronenovergangen) en gammastraling (, voornamelijk uit kernreacties, waaronder radioactief verval).
Andere vormen van elektromagnetische straling, met een lagere energie dan röntgenstraling of gammastraling, kunnen in sommige gevallen ook ioniserend zijn, bijvoorbeeld door de chemische werking van radicalen. Deze vormen worden niet tot de klasse van ioniserende straling gerekend. Ultraviolet of zichtbaar licht, laagfrequente elektromagnetische velden, radiogolven, etc. behoren alle tot de klasse van niet-ioniserende straling.
Ioniserende straling kan schadelijk zijn voor het lichaam. De aard en ernst van de schade en de kans op optreden van de schade hangt sterk af van de mate van blootstelling. Bij een zeer hoge dosis ioniserende straling worden lichaamscellen gedood of beschadigd en treedt directe gezondheidsschade op. Van zowel een hoge als van een relatief lage dosis is bekend dat er een verhoogde kans op kanker wordt veroorzaakt. Zelfs in geval van zeer lage blootstelling aan ioniserende straling, zoals de meeste mensen in hun leven ondervinden, kan een nadelig effect op de gezondheid niet worden uitgesloten.
Risico Ioniserende straling kan kankerverwekkend zijn. Doordat deze straling andere atomen kan ioniseren, kunnen er DNA-moleculen worden beschadigd, en daardoor kunnen lichaamscellen veranderen. De beschadiging van het DNA in een enkele cel is meestal onschuldig, leidt eventueel tot de dood van de cel, maar het is mogelijk dat een cel zich ongebreideld gaat delen: kanker. De kans op dit effect neemt toe met mate van blootstelling. Het risico op (te) grote blootstelling aan straling, kan gezien worden als onderdeel van de milieuproblematiek.
Er kunnen ook effecten optreden voor een korte tijd, doordat veel lichaamscellen tegelijk worden gedood. Dit kunnen minder ernstige effecten zijn, zoals een rode huid. Dat gebeurt vaak bij kankerpatiënten die bestraald worden. Directe effecten van straling kunnen ook erg ernstig zijn en in het ergste geval zelfs dodelijk. Het effect van de straling hangt sterk af van de hoeveelheid straling en de soort straling. Kleine hoeveelheden straling hebben geen grote gevolgen, maar er is geen onschadelijke dosis vast te stellen.BEIR- en UNSCEAR-rapporten van de VN, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation Aanvankelijk dacht men na de ontdekking van radium dat een kleine hoeveelheid straling positieve gezondheidseffecten kon hebben. De natuurlijke ioniserende achtergrondstraling komt uit de bodem en het heelal en hangt af van de plaats op aarde. Ieder mens is ook in geringe mate radioactief door de aanwezigheid van kalium-40 in het lichaam.
Bronnen van ioniserende straling Natuurlijke achtergrondstraling De aarde en al het leven op aarde staan steeds bloot aan straling uit de ruimte, als een gelijkmatige motregen. Geladen deeltjes van de zon en andere sterren vertonen interactie met de atmosfeer en het magnetisch veld van de aarde en veroorzaken zo een stortregen van straling, voornamelijk beta- en gammastraling. De sterkte van deze kosmische straling verschilt op verschillende plaatsen op aarde, door het hoogteverschil en de invloed van het aardmagnetisch veld.
Radioactief materiaal wordt overal in de natuur gevonden. Het komt voor in de bodem, in lucht, water en planten. De belangrijkste veroorzaker van aardse straling zijn de natuurlijk voorkomende isotopen van uranium en zijn vervalproducten, zoals thorium, radium, en radon. Kleine hoeveelheden van uranium, thorium, en hun vervalproducten worden overal gevonden. Sommige van deze materialen worden door het lichaam opgenomen via voedsel en water, terwijl materialen zoals radon kunnen worden opgenomen door inademing. De hoeveelheid van aardse bronnen verschilt met de plaats op aarde. Gebieden met hogere concentraties uranium of thorium in de bodem hebben een hogere achtergrondstraling. Radon kan zich ophopen in kelders of kruipruimtes van huizen, en kan voor een aanzienlijke blootstelling aan straling zorgen.
Naast de kosmische en aardse straling, hebben alle mensen vanaf hun geboorte radioactieve kalium-40, koolstof-14, lood-210 en andere radioactieve isotopen in hun lichaam. Hierin zijn de verschillen tussen mensen niet zo groot als de variatie in belasting door kosmische en aardse stralingsbronnen.
Stralingsbronnen door de mens veroorzaakt Natuurlijke en kunstmatige stralingsbronnen zijn voor wat betreft hun effect en natuurlijke eigenschappen hetzelfde. Boven de blootstelling aan een hoeveelheid achtergrondstraling, bepaalt in de VS de U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC) een limiet voor de blootstelling van individuen aan door de mens veroorzaakte straling van 1,1 mSv (110 mrem) per jaar, en beperkt de beroepsmatige blootstelling van volwassenen die werken met radioactief materiaal tot 50 mSv (5 rem) per jaar.
De blootstelling van een gemiddelde persoon is ongeveer 3,6 mSv/jaar, 81% hiervan komt van natuurlijke stralingsbronnen, de overige 19% komt van door de mens gemaakte bronnen.
Verreweg de belangrijkste bron van door de mens veroorzaakte straling wordt gevormd door medische handelingen, zoals röntgenstraling, radioactieve medicijnen (zowel voor diagnostisch als therapeutisch gebruikt) en bestralingstherapieën. Enkele van de belangrijkste isotopen die in ziekenhuizen worden gebruikt zijn jood-131, technetium-99, kobalt-60, iridium-192 en cesium-137.
Daarnaast worden mensen blootgesteld aan straling van verbruiksgoederen; zoals tabak (polonium-210), bouwmaterialen (radium en radon), brandstoffen (gas, olie, enz.), televisietoestellen, lichtgevende horloges en wijzers (tritium), röntgentoestellen op luchthavens, materiaal voor wegenbouw, elektronenbuizen, starters van fluorescentielampen, kousjes van gaslampen (thorium), enz.
In mindere mate worden mensen blootgesteld aan straling ten gevolge van de hele cyclus van de nucleaire brandstof: van mijnbouw tot verwerking van uranium, tot blootstelling aan gebruikte brandstof. Het effect van deze blootstelling is nog niet betrouwbaar gemeten. Schattingen van de blootstelling zijn echter zeer laag, zodat voorstanders van nucleaire energie deze vergelijken met de mutatiekracht van het twee minuten per jaar dragen van een lange broek (omdat zelfs dit mutatie veroorzaakt). Tegenstanders gebruiken een lineair dosis-afhankelijk model om te bepleiten dat ook zulke activiteiten honderden kankergevallen per jaar veroorzaken, mondiaal gezien.
In een nucleaire oorlog zullen de gammastralen van de fall-out van nucleaire wapens het grootste aantal slachtoffers veroorzaken. Onmiddellijk naast het doel, in de richting van de wind, zal de straling 30.000 röntgen per uur overschrijden. 4,5 Sv (meer dan duizendmaal de achtergrondstraling) is fataal: de helft van de bevolking kan hieraan overlijden.
Beroepsmatig blootgestelde individuen worden blootgesteld overeenkomstig hun activiteiten en de bronnen waarmee ze werken. De blootstelling van deze mensen wordt zorgvuldig geregistreerd met hulp van op de kleding bevestigde instrumenten, dosimeters genoemd. Sommige isotopen van belang zijn kobalt-60, cesium-137, americium-241.
Enkele voorbeelden van bedrijvigheid waarbij beroepsmatige blootstelling voorkomt: industriële energieopwekking (kerncentrales) industriële kwaliteitsbewaking (doormeten van de dikte van bijvoorbeeld folies) doorstralen van voedsel (voedselbehandeling tegen schimmels) radiologisch personeel in ziekenhuizen medisch personeel dat werkt met radioactieve medicijnen laboratoria voor wetenschappelijk onderzoek luchtvaartpersoneel in het vliegtuig.
Effect van ioniserende straling op mensen Men heeft de gewoonte om de biologische gevolgen van straling te beoordelen aan de hand van hun effect op cellen. Voor lage niveaus van stralingsblootstelling zijn de biologische gevolgen zo klein dat zij niet gemeten kunnen worden. Het menselijk lichaam herstelt zich van vele soorten stralings- en chemische schade. De biologische gevolgen van straling voor cellen zijn drieledig: verwonde of beschadigde cellen herstellen zichzelf, er is dus geen blijvende schade afgestorven cellen worden, zoals miljoenen lichaamscellen elke dag doen, vervangen door een normaal biologisch proces. cellen die foutief worden hersteld resulteren in een biofysische verandering.
Onze kennis van het verband tussen blootstelling aan straling en de ontwikkeling van kanker bij de mens is meestal gebaseerd op bevolkingsgroepen die aan een vrij hoog niveau van ioniserende straling zijn blootgesteld (bijvoorbeeld overlevenden van de atoombommen op Hiroshima en Nagasaki en mensen die zijn blootgesteld geweest aan bepaalde diagnostische of therapeutische medische procedures).