Radioactieve straling of ioniserende straling zijn golven en deeltjes die voldoende energie hebben om atomen te ioniseren, dwz. electronen die rond een atoom cirkelen weg te slaan zodat het atoom een positieve lading krijgt. Straling onstaat over het algemeen wanneer een (onstabiel) atoom uit elkaar valt. Dat kan uit zichzelf gebeuren als het atoom een radioactieve isotoop is, of wanneer een atoom wordt geraakt door straling van elders.
Radioactieve straling is grofweg op te delen in drie varianten:
alfastraling
Dit zijn deeltjes welke bestaan uit een helium-4 atoom waar de bijbehorende electronen van ontbreken. Door dit ontbreken hebben de deeltjes een positieve lading van 2+. Heliumdeeltjes worden in schrift aangeduid met het symbool 42 He2+.
Alfadeeltjes worden vrij snel tegengehouden door elke willekeurig materiaal omdat de deeltjes groot zijn en heel erg snel een atoom tegenkomen waar ze mee botsen. Een vel papier, een paar centimeter lucht of de menselijke huid is voldoende. Dat wil echter niet zeggen dat deze straling onschadelijk is. Wanneer een alfastraler in het lichaam van de mens komt kan het wel zeker grote schade aanrichten. De kracht van alfastraling is dat de deeltjes alles wat in hun pad komt ioniseren, hun zwakte is dat ze juist daardoor nooit echt ver komen.
Veel voorkomende alfastralers zijn uranium-238, radon-222, polonium-210 en americium-241.
betastraling
Dit zijn losse electronen of positronen welke door een radioactief atoom worden uitgestoten. Betadeeltjes bewegen zich zeer snel en zijn klein en zeer licht, waardoor ze verder in materialen en weefsels doordringen dan alfadeeltjes. Ze zijn echter makkelijk tegen te houden door bijvoorbeeld aluminium plaat of plastic van een paar mm dik.
gammastraling
Dit is straling welke veel energie bevat en diep doordringt in materialen en weefsels. Gammastraling bestaat niet uit deeltjes maar uit golven van een zeer korte golflengte en onstaat als een atoom verval ondergaat en daarna in een aangeslagen toestand komt. Om weer stabiel te worden zal het atoom een gammafoton uitzenden.Gammastraling is nauw verwant met röntgenstraling.
Gammastraling dringt diep door, bezit veel energie en is daarom vaak de gevaarlijkste radioactieve straling. Hoe schadelijk gammastraling is hangt echter af van de golflengte, erg korte gammagolven gaan overal dwars doorheen en richten weinig schade aan.
Gammastraling is het beste tegen te houden met platen lood en dikke betonnen muren. Deze afscherming zal de straling echter niet compleet tegenhouden maar afzwakken tot een lager niveau. In tegenstelling tot beta en alfastraling zal gammastraling alleen worden afgezwakt door afscherming en nooit totaal worden tegengehouden.
Halfwaardetijd
Radioactief verval is een willekeurig proces. Van een los onstabiel atoom is niet te voorspellen wanneer het zal vervallen. Wel kan je van een grote verzameling radioactieve atomen van dezelfde isotoop voorspellen hoe lang het duurt voordat de helft van de atomen is vervallen. Deze tijd noemen we de halfwaardetijd. Na iedere halfwaardetijd is de helft van het aantal onstabiele atomen vervallen, na weer een halfwaardetijd hier weer de helft van etc. etc.
Hieronder een aantal halfwaardetijden van belangrijke isotopen:
| Isotoop | Halfwaardetijd |
| Radon-222 | 3,8 dagen |
| Cesium-137 (hoofveroorzaker radioactieve besmetting bij kernrampen) | ~30 jaar |
| Americium-241 (rookmelders) | 432.2 jaar |
| Koolstof-14 | 5715 jaar |
| Uranium-235 | 704 miljoen jaar |
| Uranium-238 | 4,5 miljard jaar |
| Kalium-40 | 1.2 miljard jaar |
De halfwaardetijd bepaalt in zekere zin hoe gevaarlijk een radioactieve stof is. Bij een kortere halfwaardetijd zullen er per seconde meer deeltjes vervallen en is de straling intenser. Een goed voorbeeld is een brandstofstaaf voor een nucleaire reactor. Deze zal in het begin vooral uranium-238 en 235 bevatten en relatief weinig stralen. Bij gebruik zal het uranium-235 worden gespleten.
Een van de belangrijkste kernsplijtingsproducten is cesium-137, welke een veel kortere halfwaardetijd van ca. 30 jaar heeft vergeleken met uranium-235 met honderden miljoenen jaren. Na bestraling is de radioactiviteit van de brandstofstaaf zo intens dat deze met speciale apparatuur uit de reactorkern moet worden gehaald en eerst lange tijd onder water zal worden opgeslagen om de radioactiviteit af te schermen.
Andere typen straling
Buiten de genoemde straling zijn er ook nog andere typen straling welke minder gedetailleerd worden besproken aangezien ze zeldzamer zijn of minder effect hebben.
Neutronen
Neutronen vormen samen met protonen de atoomkern. Onder bepaalde omstandigheden komen ze in vrije vorm voor. Dit gebeurt bijvoorbeeld als een alfadeeltje bepaalde stoffen zoals beryllium raakt, of bij kernreacties waarbij uraniumatomen worden gesplitst.
Neutronen bewegen normaliter snel en zijn neutraal qua lading waardoor ze in de eerste instantie geen effect hebben. Als ze echter worden afgeremd (door bijvoorbeeld waterstofhoudende materialen) zal de kans dat ze worden geabsorbeerd door een atoom groter worden. Een atoom welke een neutron opneemt zal vaak zelf onstabiel worden en radioactief verval vertonen. Dit noemt men activatie. Hierdoor kan neutronenstraling zeer gevaarlijk zijn voor levende organismen.
Neutronenstraling is betrokken bij de kettingreactie welke optreed in atoombommen en kernreactoren. Bij een kernsplitsing komen neutronen vrij, welke weer nieuwe uranium of plutoniumatomen zal splijten, waarbij weer nieuwe neutronen worden gemaakt. Zolang er voldoende neutronen en splijtbare atomen zijn zal de reactie voortduren. In een atoomboom gebeurt dit ongecontroleerd, in een kernreactor wordt ervoor gezorgd dat de kettingreactie blijft verlopen maar niet steeds groter wordt.
Neutrino's
Neutrino's zijn zeer lichte, zeer snel bewegende deeltjes welke onstaan bij onder andere het kernfusieproces in de zon en betaverval. Omdat neutrino's klein, licht en elektrisch neutraal zijn passeren ze ongehinderd door grote hoeveelheden materie. Hierdoor zijn neutrino's ook zeer moeilijk te detecteren. Detectoren voor neutrino's zijn vaak grote bakken water waarvan de wanden zijn voorzien van vele, zeer gevoelige lichtsensoren. Als een neutrino een deeltje in het water raakt zal er een zeer klein lichtflitsje zijn wat door de lichtsensoren wordt opgepikt.
Röntgenstraling
röntgenbuis
Deze straling is zoals eerder aangegeven nauw verwant met gammastraling. Röntgenstraling verschilt in energie en in de manier waar op het onstaat. Gammastraling onstaat bij radioactief verval en heeft meestal een energie van 100 keV en hoger. Röntgenstraling daarentegen wordt gemaakt door het aanleggen van een zeer hoge spanning in de orde van tientallen duizenden volts tussen twee elektrodes in een vacuum. De elektronen zullen door de hoge spanning worden versneld en met hoge snelheid op de anode inslaan. Door de plotselinge afname van snelheid zullen de afgeremde elektronen röntgenstraling afgeven.
röntgenfoto
Röntgenstraling wordt door de diverse materialen en weefsels die het tegenkomt in wisselende mate geabsorbeerd. Hierdoor is het mogelijk om door dingen heen te kijken welke ondoorzichtig zijn voor normaal licht. Deze eigenschap van röntgenstraling wordt zoals bekend op grote schaal in de geneeskunde ingezet voor medische diagnoses van bijvoorbeeld botbreuken en bij de tandarts om het gebit te controleren.
Röntgenstraling wordt niet alleen geabsorbeerd, maar elementen zullen ook met een andere specifieke golflengte geabsorbeerde straling weer opnieuw uitzenden (fluorescentie). Omdat de specifieke golflengtes waarmee elementen fluoresceren bekend zijn is het dus mogelijk om te detecteren welke elementen er aanwezig zijn in een materiaal. Hierdoor is het mogelijk om bijvoorbeeld lood in verf aan te tonen, of de samenstellingen van metaallegeringen te kunnen achterhalen. Deze techniek noemt men röntgenfluorescentiespectrometrie of XRF, X-ray fluorescence.