Radiația ionizantă este o formă de energie emisă de elemente sau compuși chimici care au o sarcină electrică instabilă, care poate fi fie pozitivă, fie negativă. Particulele încărcate electric emise sunt cunoscute ca particule alfa, particule beta sau raze gamma și fiecare tip de radiație are diferite efecte caracteristice. Unele elemente grele din natură produc în mod natural aceste efecte, cum ar fi uraniul, toriu și radiul, iar prezența sau apropierea acestor materiale în relație cu corpul uman poate fi dăunătoare sănătății umane. Acest lucru se datorează faptului că radiațiile ionizante există de-a lungul unui spectru pentru radiații în general, unde este responsabilă pentru niveluri mult mai ridicate de emisie de energie decât radiațiile neionizante, cum ar fi cea produsă de emisiunile unde radio.
Formele de radiații neionizante care sunt considerate relativ sigure cu expunere controlată includ undele de lumină vizibilă, energia cu microunde și lumina infraroșie, cum ar fi un prăjitor de pâine folosit pentru a încălzi pâinea. Aceste forme de radiație au lungimi de undă extrem de mari în comparație cu radiațiile ionizante și fie își pierd puterea rapid cu distanța, fie pot fi reflectate cu ușurință de pe o suprafață. Pericolul expunerii la radiații ionizante se datorează în mare măsură undelor de înaltă frecvență de care sunt transportate, care pot pătrunde într-o oarecare măsură în majoritatea materialelor și pot modifica structura lor chimică prin ruperea legăturilor chimice normale.
Tipurile de radiații ionizante care apar în mod obișnuit au niveluri diferite de eliberare de energie. Un proces tipic de ionizare pentru un atom sau o moleculă eliberează 33 de electroni volți de energie în zona înconjurătoare, ceea ce este suficient pentru a rupe majoritatea tipurilor de legături chimice. Acest nivel de eliberare de energie este considerat deosebit de important deoarece este capabil să rupă legăturile dintre atomii de carbon pe care se bazează toate formele de viață de pe Pământ.
Emisia de particule alfa, în care sunt implicați doi protoni și doi neutroni, este produsă de astfel de elemente radioactive precum radonul, plutoniul și uraniul. Sunt cele mai mari particule de radiații ionizante în masă și asta înseamnă că nu pot călători departe înainte de a fi oprite de o barieră. Le lipsește energia necesară pentru a pătrunde în straturile exterioare ale pielii umane, dar, dacă sunt ingerate prin aer sau apă, au potențialul de a provoca cancer.
Radiația de particule beta este produsă din particulele libere dintr-un nucleu atomic care seamănă cu electronii. Aceste particule au o masă mult mai mică decât particulele alfa și, prin urmare, pot călători mai departe. De asemenea, sunt produse de elemente rare, cum ar fi izotopii de stronțiu, cesiu și iod. Efectele radiațiilor ionizante de la particulele beta pot fi severe în doze mari, ducând la moarte și sunt una dintre componentele principale ale precipitațiilor radioactive din detonațiile armelor nucleare. În cantități mici, sunt utile pentru tratamentul cancerului și imagistica medicală. Aceste particule sunt, de asemenea, utile în cercetarea arheologică, deoarece elementele instabile de carbon, cum ar fi carbonul-14, pot fi folosite pentru datarea resturilor fosile.
Radiația ionizantă cu raze gamma este produsă de fotonii gamma care sunt adesea emiși din nucleele atomice instabili împreună cu particulele beta. Deși sunt un tip de foton care transportă energie luminoasă ca lumina vizibilă normală, un foton gamma are de 10,000 de ori mai multă energie decât un foton de lumină albă standard. Aceste emisii nu au masă precum particulele alfa și pot călători pe distanțe mari înainte de a-și pierde încărcătura energetică. Deși sunt adesea clasificate cu razele X, razele gamma sunt emise de nucleul atomic, în timp ce razele X sunt emise de învelișurile de electroni din jurul unui atom.
Reglementările privind radiațiile ionizante limitează strict nivelurile de expunere la razele gamma, deși acestea apar în mod natural la niveluri scăzute și sunt produse de izotopul de potasiu-40 care se găsește în sol, apă și alimente bogate în elementul potasiu. Utilizările industriale ale radiațiilor gamma includ practica radiografiei pentru a reprezenta fisurile și golurile în piesele sudate și compozitele metalice, cum ar fi turbinele cu reacție de mare viteză pentru avioane. Radiația de la razele gamma este considerată de departe cea mai periculoasă formă de radiație pentru ființe vii în doze mari și s-a postulat că, dacă o stea cu raze gamma la 8,000 de ani lumină de Pământ ar exploda, ar putea distruge jumătate din Stratul de ozon al Pământului, făcând expunerea la radiațiile ionizante de la propriul nostru Soare mult mai dăunătoare sănătății umane.