Ionisierende Strahlung tritt im verschiedene Formen auf: Alpha-, Beta- und Neutronenteilchen sowie Gamma- und Röntgenstrahlung. Alle Arten werden durch instabile Atome verursacht, die entweder einen Überschuss an Energie oder Masse (oder beides) haben. Um einen stabilen Zustand zu erreichen, müssen sie diese zusätzliche Energie oder Masse in Form von Strahlung freisetzen.
Alphastrahlung
Alphastrahlung: Die Emission eines Alpha-Teilchens aus dem Kern eines Atoms
Alphastrahlung entsteht, wenn ein Atom einen radioaktiven Zerfall durchläuft und dabei ein Teilchen (ein so genanntes Alphateilchen) abgibt, das aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht (im Wesentlichen der Kern eines Helium-4-Atoms), wodurch das ursprüngliche Atom zu einem Element mit einer um 2 niedrigeren Ordnungszahl und einem um 4 niedrigeren Atomgewicht wird. Aufgrund ihrer Ladung und Masse gehen Alphateilchen starke Wechselwirkungen mit Materie ein und bewegen sich in der Luft nur wenige Zentimeter weit. Alphateilchen sind nicht in der Lage, die äußere Schicht abgestorbener Hautzellen zu durchdringen, können jedoch bei der Aufnahme einer Alpha-emittierenden Substanz über die Nahrung oder der Luft schwere Zellschäden verursachen. Alexander Litvinenko ist ein berühmtes Beispiel. Er wurde durch Polonium-210, einen Alpha-Emitter, in seinem Tee vergiftet.
Betastrahlung
Betastrahlung: Die Emission eines Beta-Teilchens aus dem Kern eines Atoms
Betastrahlung wird entweder in Form eines Elektrons oder eines Positrons (ein Teilchen mit der Größe und Masse eines Elektrons, aber mit positiver Ladung) aus einem Atom emittiert. Aufgrund ihrer geringeren Masse kann sie sich in der Luft bis zu einigen Metern weit fortbewegen und von einem dicken Stück Plastik oder sogar einem Stapel Papier aufgehalten werden. Sie kann die Haut einige Zentimeter durchdringen und stellt somit ein äußerliches Gesundheitsrisiko dar. Die Hauptbedrohung geht jedoch nach wie vor hauptsächlich von der inneren Emission durch aufgenommenes Material aus.
Gammastrahlung
Gammastrahlung: Die Emission einer hochenergetischen Welle aus dem Kern eines Atoms
Gammastrahlung besteht im Gegensatz zu Alpha- oder Betastrahlung nicht aus Teilchen, sondern aus einem Energie Photon, das von einem instabilen Atomkern emittiert wird. Da Gammastrahlung weder Masse noch Ladung hat, kann sie sich viel weiter durch die Luft ausbreiten als Alpha- oder Betastrahlung und verliert (im Durchschnitt) alle 150 Meter (je 500 Fuß) die Hälfte ihrer Energie. Gammastrahlen können durch eine ausreichend dicke oder dichte Materialschicht aufgehalten werden, wobei Materialien mit hoher Ordnungszahl wie Blei oder abgereichertes Uran die wirksamste Form der Abschirmung darstellen.
Röntgenstrahlen
Röntgenstrahlen: Die Emission einer Hochenergiewelle aus der Elektronenwolke eines Atoms
Röntgenstrahlen sind der Gammastrahlung ähnlich, mit dem Hauptunterschied, dass sie von der Elektronenwolke ausgehen. Dies wird im Allgemeinen durch Energieänderungen in einem Elektron verursacht, beispielsweise durch den Übergang von einem höheren Energieniveau zu einem niedrigeren, wodurch die überschüssige Energie freigesetzt wird. Röntgenstrahlen sind langwelliger und (in der Regel) auch energieärmer als Gammastrahlen.
Neutronenstrahlung
Neutronenstrahlung: Die Emission eines Neutrons aus dem Kern eines Atoms
Bei der Neutronenstrahlung schließlich handelt es sich um ein freies Neutron, das in der Regel als Folge einer spontanen oder induzierten Kernspaltung emittiert wird. Sie sind in der Lage, Hunderte oder sogar Tausende von Metern in der Luft zurückzulegen, können jedoch wirksam gestoppt werden, wenn sie durch ein wasserstoffreiches Material, wie etwa Beton oder Wasser, blockiert werden. Da Neutronen aufgrund ihrer fehlenden Ladung in der Regel nicht imstande sind, ein Atom direkt zu ionisieren, wirken sie meist indirekt ionisierend. Dabei werden sie in einem stabilen Atom absorbiert, wodurch dieses instabil wird und eher in der Lage ist, ionisierende Strahlung eines anderen Typs auszusenden. Neutronen sind in der Tat die einzige Art von Strahlung, die andere Materialien radioaktiv machen kann.
