320px|мини|десно|Илустрација релативне способности три врсте јонизујућег зрачења да продру кроз чврст материјал. Алфа честице зауставља лист папира, док бета честице зауставља алуминијумска плоча. Гама зрачење слаби оловна плоча. мини|300px|Код електромагнетског зрачења (као што су микроталаси антене, као на слици), израз зрачење се примењује само на делове електромагнетског поља, који зраче у бесконачност и опадају обрнуто сразмерно растојању, тако да је укупна енергија зрачења које пролази кроз замишљену сферну површину иста, без обзира на колико удаљеност од антене се постави. Електромагнетско зрачење обухвата даљи део електромагнетског поља око извора. Део блиског поља ближе извору је део променљивог електромагнетског поља, али се не сматра електромагнетским зрачењем. Зрачење је процес у коме енергетске честице или енергетски таласи путују кроз вакуум, или кроз материју која није неопходна за њихово простирање. Таласи самог медијума, као што су водени или звучни таласи, обично се не сматрају зрачењем у овом смислу.
Зрачење се може поделити на јонизујуће и нејонизујуће зрачење у зависности од тога да ли јонизује околну материју. Израз зрачење се обично колоквијално примењују само на јонизујуће зрачење (као што су икс зраци, гама зраци), али израз се може применити такође и на нејонизујуће зрачење (радио таласи, микроталаси, топлоту и видљиву светлост). Честице или таласи зраче (тј. путују у свим правцима) од извора зрачења. Ово гледиште је довело до система мера и физичких јединица које се могу применити на све типове зрачења. Пошто се зрачење шири како пролази кроз простор, а његова енергија одржава (у вакууму), снага свих врста електромагнетског зрачења је обрнуто сразмерна квадрату растојања од извора.
И јонизујуће и нејонизујуће зрачење може бити опасно по живе организме и може довести до промена у животној средини. Јонизујуће зрачење је углавном много штетније по живе организме по јединици израчене енергије од нејонизујућег зрачења, пошто настали јони, чак и при малој снази зрачења, имају потенцијал да изазову оштећења на ДНК. Насупрот томе, већина нејонизујућег зрачења је опасна по жива бића само у зависности од израчене топлотне енергије и обично се сматра безопасном при малим снагама које не изазивају значајан пораст температуре. Ултраљубичасто зрачење у неким погледима се налази у средини, пошто има одлике и јонизујућег и нејонизујућег зрачења. Иако сви спектри ултраљубичастог зрачења који продру кроз Земљину атмосферу су нејонизујући, ово зрачење изазива много више штете многим молекулима у биолошким системима, него што се може изазвати топлотним ефектима (пример су опекотине од Сунца). Ове особине долазе од снаге ултраљубичастог зрачења да мења хемијске везе, иако нема довољно енергије да јонизује атоме.
На питање оштећења биолошких система због јонизујућег и нејонизујућег зрачења још није дат коначан одговор. Контроверзе настављају око ефеката нејонизујућег зрачења малих снага, као што су микроталаси и радио-таласи који не загревају. За нејонизујуће зрачење се обично сматра да има доњу границу безбедности, због тога што је топлотно зрачење неизбежно и свеприсутно. Насупрот томе, за јонизујуће зрачење се сматра да нема потпуно безбедну доњу границу, иако при неким енергетским вредностима, нова излагања не утичу значајно на позадинско зрачење. Постоји хипотеза да мале снаге неких типова јонизујућег зрачења могу корисно деловати на здравље и та хипотеза се назива радијацијска хормеза.
Подела зрачења Зрачење може настати природним или вештачким путем. Природни извори зрачења су космичко зрачење и радиоактивност. Вештачки извори зрачења су антене, линеарни акцелератори, бетатрони, циклотрони, синхротрони и нуклеарни реактори.
Зрачење са довољно високом енергијом може јонизовати атоме, тј. може избацити електроне из атома и створити јоне. Ово се дешава када је електрон избачен из електронског омотача атома, што оставља атом са вишком позитивног наелектрисања. Пошто живе ћелије, или, још важније ДНК у тим ћелијама, могу бити оштећени том јонизацијом, то може довести до повећања шансе за добијање рака. Тако је јонизујуће зрачење донекле вештачки одвојено од електромагнетског зрачења, једноставно због свог великог потенцијала да изазове биолошку штету. Како се појединачне ћелије састоје од трилиона атома, само мали део бити јонизован при ниском интензитету зрачења. Вероватноћа да јонизујуће зрачење изазове рак зависи од апсорбоване дозе зрачења, и она је функција тенденције штете тог типа зрачења (еквивалентна доза) и осетљивости озраченог организма или ткива (ефективна доза).
Грубо говорећи, фотони и честице са енергијама изнад око 10 електрон волти (eV) јонизују. Алфа честице, бета честице, космички зраци, гама зраци и рендгенски зраци носе довољно енергије за јонизацију атома. Поред тога, слободни неутрони такође јонизују, јер њихова интеракција са материјом неизбежно има више енергије од овог прага.
Јонизујуће зрачење потиче од радиоактивних материјала, рендгенских цеви, акцелератора честица и јавља се у природним условима. Оно је невидљиво и не може се директно детектовати људским чулима, па су због тога инструменти, као што је Гајгеров бројач, обично потребни да се открије његово присуство. У неким случајевима јонизујуће зрачење може довести до секундарне емисије видљиве светлости након интеракције јонизујућег зрачења са материјом, као у случају Черенковљевог зрачења и радио-луминисценције. Јонизујуће зрачење има много практичних користи у медицини, истраживању и индустрији, али представља опасност по здравље ако се користе неправилно. Изложеност зрачењу доводи до оштећења ткива; високе дозе могу довести до опекотина, тровања радијацијом и смрти, док ниске али константне дозе могу довести до појаве тумора и генетских оштећења.
мини|Простирање електромагнетских таласа. Вектори јачине електричног поља (црвено) и магнетске индукције (плаво) су нормални једно на друго, као и на смер простирања таласа. Електромагнетско зрачење представља простирање таласа. Електромагнетско зрачење има електричне и магнетске компоненте поља која осцилују нормално једно на друго и у правцу простирања енергије. Електромагнетско зрачење се класификује у типове према фреквентном опсегу таласа, а ти типови су (по растућој фреквенцији): радио-таласи, микроталаси, терахерцно зрачење, инфрацрвено зрачење, видљива светлост, ултраљубичасто зрачење, икс зраци и гама зраци. Од тога, радио таласи имају најдуже таласне дужине (најнижа енергија), a гама зраци имају најкраће таласне дужине и стога највиши енергију. Мали опсег фреквенција, који се назива видљиви спектар или светлост, осећају очи различитих организама.
Јонизујуће електромагнетско зрачење је оно зрачење у ком фотони који чине зрачење имају енергије веће од око 10 електрон волти. Способност електромагнетских таласа (фотона) да јонизују атом или молекул стога зависи од њихове фреквенције, која одређује енергију фотона зрачења. Енергија 10 eV је око 1,6 × 10-18 J, што је типична енергија везе спољашњих електрона атома или органског молекула.Ionization energy. chemguide.co.uk. The ionization energies of hydrogen and oxygen (first ionization) are both about 14 eV То одговара фреквенцији од 2,4 × 1015 Hz и таласној дужини од 125 nm (ово је у далеко ултраљубичастом спектру) или мање.Questions and Answers about Biological Effects and Potential Hazards of Radiofrequency Electromagnetic Fields . Office of Engineering and Technology. Bulletin 56, Fourth Edition, August 1999.
Кинетичка енергија честица нејонизујућег зрачења је сувише мала да произведе наелектрисане јоне када пролази кроз материју. За нејонизујуће електромагнетско зрачење, повезане честице (фотони) имају само довољно енергије да промени ротационе или вибрационе конфигурације или конфигурације валентних електрона у молекулима и атомима. Ефекат нејонизујућих облика зрачења облика на живо ткиво је тек недавно проучен. Ипак, различити биолошки ефекти су уочени за различите врсте нејонизујућих зрачења.
Чак је и нејонизујуће зрачење у стању да проузрокује термојонизацију ако депонује довољно топлоте да подигне топлоту до јонизационих енергија. Ове реакције се јављају на далеко већим енергијама него код јонизационих зрачења, који захтевају само појединачне честице да изазову јонизацију. Познати пример топлотне јонизације је пламен - јонизација обичне ватре, и потамњивање хране током печења изазвано инфрацрвеним зрачењем.
Јонизујуће зрачење
Ултраљубичасто зрачења : углавном нејонизујуће, али са много сличних особина јонизујућег зрачења
Ултраљубичасто зрачење јонизујућих таласних дужина од 10 nm до 125 nm јонизује молекуле ваздуха и ова интеракција изазива да зрачење буде углавном апсорбовано у ваздуху. Јонизујуће ултраљубичасто зрачење стога не продире у Земљину атмосферу у значајној мери, па се стога понекад назива вакуумско ултраљубичасто зрачење. Иако постоји у свемиру, овај део ултраљубичастог спектра није од биолошког значаја, јер не стиже до живих организама на Земљи.
Један део ултраљубичастог спектра ипак стиже до земље (део који почиње енергијама изнад 3,1 eV, или таласних дужина мање од 400 nm) је нејонизујући, али је још увек биолошки опасан због способности појединачних фотона ових енергија да изазову побуђивање електрона биолошких молекула, и тако их оштети путем нежељених реакција. Пример је формирање пиримидинских димера у ДНК, што почиње на таласним дужинама испод 365 nm (3,4 eV), што је знатно испод енергије јонизације. Ово својство даје ултраљубичастом спектру неке од опасности јонизујућих зрачења у биолошким системима, без појаве стварне јонизације. Насупрот томе, видљива светлост и електромагнетско зрачења већих таласних дужина, као што су инфрацрвено зрачење, микроталаси, радио-таласи, састоје се од фотона са премало енергије да изазову штетну побуду молекула побуду, па је ово зрачење далеко мање опасно по јединици енергије.
Рендгенски зраци
Икс зраци су електромагнетски таласи са таласним дужинама мањим од 10-9 m (више од 3×1017 Hz и 1.240 eV). Мања таласна дужина одговара вишој енергији према једначини . (E је енергија, h је Планкова константа, c је брзина светлости, a Λ је таласна дужина ). Квант електромагнетских таласа се назива фотон. Када се фотон икс зрака судари са атомом, атом може да апсорбује енергију фотона и подигне електрон на виши орбитални ниво или ако фотон носи много енергије, онда га може потпуно избацити електрон из атома, изазивајући јонизацију атома. Генерално, код већих атома је вероватнија апсорпција фотона икс зрака, јер имају већу енергетску разлику између електронских орбита. Мека ткива у људском телу су састављена од атома мањих од калцијума који чини кости, па постоји контраст у апсорпцији икс-зрака. Рендген апарати су посебно дизајнирани да искористе разлике између апсорпције костију и меког ткива, што омогућава лекарима да испитају структуру људског тела.
Гама зрачење
Гама (γ) зрачења се састоји од фотона таласне дужине мање од 3×10-11 метара (више од од 1019 Hz и 41,4 keV) Емисија гама зрачење је нуклеарни процес који се дешава како би се језгро распадајућег атома решило језгро вишка енергије након што је емитовало или алфа или бета зрачења. И алфа и бета честице имају наелектрисање и масу, па је стога велика вероватноћа интерације са другим атома на свом путу. Гама зрачење се међутим састоји од фотона, који немају ни масу ни наелектрисање и као резултат продире много дубље кроз материју од алфа и бета зрачења.
Гама зраци могу бити заустављени од стране довољно дебелог слоја материјала, где зауставна моћ материјала по датом подручју зависи углавном (али не у потпуности) од укупне масе дуж путање зрачења, без обзира на то да ли је материјал велике или мале густине. Међутим, као што је случај са икс-зрацима, материјали са високим атомским бројем, као што су олово или осиромашени уранијум додају умерену (типично 20% до 30%) количину зауставне моћи у односу на мање густе материјале или материјале са нижим масама атома (као што су вода или бетон).
Алфа зрачење