I. RADIAŢII IONIZANTE

I.1. INTRODUCERE

Realizările din ultimele decenii în domeniul fizicii radiaţiilor şi tehnicii nucleare au permis utilizarea tot mai largă şi intensă a radiaţiilor ionizante în industrie, medicină, cercetare şi alte domenii de activitate practică. Totodată, însă, dat fiind acţiunea nocivă a acestor radiaţii asupra organismului uman, s-a impus, ca la folosirea lor, să se asigure toate măsurile de protecţie, încât riscul de expunere al omului să fie minimum posibil.

Prin noţiunea de radiaţie, se înţelege, în accepţiunea actuală, un fascicul de particule în mişcare. Termenul de particulă, folosit în sensul cel mai general, cuprinde atât particule cu masa de repaus nulă, cât şi particule cu masa de repaus diferită de zero. Prima categorie de particule cuprinde radiaţiile gamma, radiaţiile Roentgen sau X caracteristice, radiaţiile X de frânare (Brehmsstrahlung) şi radiaţiile de anihilare şi constituie radiaţiile electromangnetice sau radiaţiile fotonice. A doua categorie poartă numele de radiaţii corpusculare şi cuprinde radiaţiile alfa, deuteronii, protonii, neutronii, radiaţiile beta, etc.

După modul în care radiaţiile ionizante produc ionizarea mediului material prin care trec, ele se pot grupa în: particule direct ionizante sau particule incărcate (electroni, protoni, particule alfa, nuclee de atomi în mişcare, etc.), care produc ionizarea prin ciocnire şi particule indirect ionizante sau particule neîncărcate, care pot ioniza prin interacţiunea directă cu învelişul electronic sau nucleul, sau pot iniţia o transformare nucleară.

I.2 SURSE DE RADIAŢII IONIZANTE

Prin radiaţii ionizante vom înţelege fenomenele sau agenţii fizici care transportă energie dîntr-o regiune în alta a spaţiului. În conţinutul acestei noţiuni sunt cuprinse atât radiaţiile electromagnetice cât şi cele corpusculare. Conform modelului fizic actual energia este cuantificată, astfel ambele tipuri de radiaţii sunt alcătuite din cuante sau particule în mişcare; cuantele câmpului electromagnetic sunt fotonii, cu masa de repaus nulă, fără sarcină electrică şi care se propagă cu viteza luminii având valoarea c în vid, iar cuantele radiaţiilor corpusculare cu masă de repaus diferită de zero, sunt după caz neutroni, protoni, deuteroni, ioni, ioni grei, etc.

Radiaţiile X şi radiaţiile corpusculare au propietatea de a se produce prin interacţia cu atomii substanţei străbătute sau iradiate fenomenul de ionizare, de aceea ele fac parte din familia radiaţiilor ionizante. Radiaţiile compuse din particule încărcate (electroni, protoni, ioni etc.) sunt direct ionizante, iar cele compuse din particule neutre sau fără sarcină electrică (fotoni, neutroni) sunt indirect ionizante. Radiaţiile ionizante sunt în general caracterizate prin proprietăţile lor de a excita şi ioniza atomii substanţei cu care interacţionează. Deoarece energia necesară ca un electron de vacanţă să părăsească atomul este de aproximativ [4-25 eV] radiaţiile pot transporta o energie a fotonului sau o energie a particulei incidente mai mare decât această valoare care este denumită energie de ionizare. Un atom nesupus unor influenţe exterioare se găseşte în starea sa fundamentală. Într-o asemenea stare electronii mai apropiaţi de nucleu sunt sub acţiunea unui câmp electric mai intens, deci au o energie de legătură mai mare (103 - 105 eV); ultimul electron pentru care câmpul electric al nucleului este ecranat de către electronii interiori este mai slab legat de nucleu având o legatură de câţiva electronivolţi. Se ştie că energia de ionizare este cuprinsă între 4 eV şi 25 eV şi este energia necesară pentru scoaterea electronului din atom. Excitarea şi ionizarea atomilor se face prin interacţuni electromagnetice ale

particulelor cu atomii. Numai particulele încărcate sau fotonii pot să interacţioneze electromagnetic cu atomii.

Particulele încărcate care interacţionează cu atomii sunt electronii, protonii sau ionii în mişcare. Aceştia ciocnesc atomii şi le transferă o parte din energia lor.

Ciocnirea unei particule în mişcare cu atomul poate fi elastică sau inelastică. Numim ciocnire elastică, ciocnirea în care energia cinetică a sistemului particulă-atom se conservă. Ciocnirea inelastică a particulei cu atomul are loc cu transformarea unei părţi din energia sistemului în energie de excitare. În urma ciocnirii atomul trece într-o stare excitată. Dezexcitarea atomului are loc cu emisie de radiaţie electromagnetică, deci în acest caz o parte din energia cinetică a sistemului se transformă în energie electromagnertică. Este posibil ca o parte din energia cinetică a sistemului să fie transferată atomului şi să conducă la ionizarea atomului (acestuia). Se formează în acest caz o pereche electron-ion. Energia transferată în acest caz este suma dintre energia de ionizare şi energia cinetică a electronului expulzat din atom. La recombinare, atomul ionizat captează electroni pe nivelul fundamental şi emite un foton a cărui energie este egală cu energia de ionizare.

Fotonii pot avea şi interacţiuni electromagnetice cu atomii. Dacă energia unui foton este mai mică decât cea mai mică energie de excitare a atomului, fotonul interacţionează elastic cu atomul; deoarece masa atomului este mare, energia de recul a acestuia este foarte mică şi fotonul nu-şi modifică practic energia.

Dacă energia fotonului este destul de mare pentru a produce excitarea sau ionizarea atomului, fotonul este absorbit, când energia este egală cu energia necesară trecerii atomului într-o stare excitată şi apoi se dezexcită emiţând fotoni. Se disting două cazuri:

1) un caz în care dezexcitarea atomului se face prin emisia unui foton de aceeaşi energie cu cel absorbit. Acest fenomen se numeşte fluorescenţă de rezonantă(conform figurii 1.2.1)

2) un alt caz este acela în care dezexcitarea se face prin emisia pe rând prîntr-o succesiune de nivele intermediare. În acest caz energia fotonilor emişi este mai mică decât a fotonului incident. Acest fenomen se numeşte fluorescenţă (conform figurii 1.2.2).

Figura 1.2.1.O radiatie emisă la dezexcitarea atomului A poate să excite atomul B deoarece are aceeaşi structură de nivele. După un interval de timp Dt, atomul B se va dezexcita şi el emiţând o radiaţie

E3

E2

E1 n21

E3

E2

E1

n21

A B

E3

E2

E1

n31

E3

E2

E1

n32

n21

Figura 1.2.2. O radiaţie emisă la dezexcitarea atomului A de pe un nivel superior va putea excita atomul B. Dezexcitarea atomului B va putea să ducă la o serie de tranziţii care se vor solda fiecare cu emisia unei radiaţii

A B

Un alt fenomen pe care îl pot produce fotonii în interacţiune cu atomii este fenomenul de ionizare numit şi fotoionizare sau efect fotoelectric. În efectul de fotoionizare fotonul este absorbit de atom: un electron care este eliberat din atom cu o energie cinetică egală cu diferenţa dintre energia fotonului absorbit şi energia electronului în atom:

Ecin = h n - Wleg 1.2.1În concluzie putem descrie procesele de excitare şi ionizare ale atomului în interacţiuni cu

particule încărcate şi fotoni prin următoarele scheme:Interacţiunea particulelor (e-) cu atomii

e- + A --> e- + A cioncnire elastică

e- + A --> e- + A* excitare

A* --> A + foton dezexcitare spontană prin emisia unuia sau mai multor fotoni

e- + A --> A+ + e- + e- ionizare

A+ + e- --> A + fotoni captura unui electron însoţită de emisia de fotoni

Interacţiunea fotonilor cu atomii:

+ A --> + A ciocnire elastică

+ A --> + A* excitare

A* --> A + dezexcitarea atomului prin fenomenul de rezonanţă

A* --> A + fotoni dezexcitarea atomului prin fluorescenţă

+ A --> A* + e- fotoionizare

A + e- --> A + fotoni captura unui electron pe starea fundamentală insotită de emisia de fotoni

Trebuie subliniat că, o parte din energia transferată electronului se consumă pentru ruperea electronului din atom; această energie este egală cu energia pentru ruperea electronului în atom (Eleg) conform relaţiei (1.2.1). Restul energiei transferate electronului apare ca energie cinetică a electronului respectiv. Deoarece energia de legatură (Eleg) este de ordinul zecilor de eV (electronvolti), rezultă că electronul care părăseşte atomul poate avea energii cinetice destul de mari şi anume de câţiva KeV. Electronii care apar prin ionizare şi care au asemenea valori mari pentru energia cinetică sunt cunoscuţi sub numele de radiaţii (aceasta poate atinge 50 % când particula incidentă este un electron).

De asemenea trebuie menţionat că, o fracţiune importantă din energia particulelor incidente, cheltuită pentru ionizarea substanţei străbătute apare sub forma radiaţiei ; această fracţiune atinge 50 % atunci când particula incidentă este un electron. În cazul altor particule incidente fracţiunea de energie consumată pentru producerea radiaţiei este mai mică. La rândul lor radiaţiile

pot produce ionizarea substanţei, pierzându-şi astfel energia, prin acelaş mecanism prin care îşi pierd energia electronii incidenţi. Din considerentele făcute rezultă că ionizarea substanţei datorită particulelor încărcate este constituită din ionizarea primară produsă direct de

particula incidentă şi din ionizarea secundară produsă de radiaţiile . Suma ionizării primare şi a celei secundare constituie ionizarea globală sau ionizare totală. Măsurarea separată a ionizării primare şi a ionizării secundare este dificilă. Ceea ce se măsoară experimental este ionizarea totală, adică numărul total de perechi de ioni produşi de către o particulă încărcată de-a lungul traiectoriei sale prin substanţa străbătută. Se poate măsura experimental numărul de perechi de ioni produşi pe o lungime a traiectoriei, de exemplu pe un centimetru; această mărime se numeşte ionizare liniară.

Cele mai importante tipuri de radiaţii ionizante care sunt luate în consideraţie sunt:

1. Radia ţ iile

Radiaţiile electromagnetice sunt generate de către dezexcitarea nucleelor excitate, sau în reacţia de anihilare materie-antimaterie.

În cadrul modelului nuclear în pături nucleonii, protonii şi nucleonii, sunt dispusi pe nivele de energie. Generarea fotonilor rezultă deci, din revenirea unor nucleoni pe pături de energie mai mari, diferenţa fiind expulzată din nucleu, sub forma de energii bine determinate şi caracteristice nucleului şi tranzitiei în speţă.

Fiecare nuclid are, deci, un spectru gamma de linii caracteristice. În /6/ sunt date două (spectre) exemple de scheme de dezintegrare radioactivă; pentru Co-60 şi Cs-137. Cobaltul 60 se dezintegrează , trecând în Ni-60, care este într-o stare excitată. El se dezexcită, trecând într-o stare stabilă, starea fundamentală, prin emiterea a doi fotoni în cascadă, de la un nivel de energie la altul. Schema de dezintegrare a Cs este mai complexă. Nuclidul iniţial suferă o tranziţie sau dezintegrare, care poate fi de două tipuri, fiecare având probabilitatea sa proprie şi ajungând fie pe starea fundamentală a nuclidului derivat Ba-137, fie pe starea excitată a acestuia. De pe starea excitată, care este izomeră, având un timp de viaţă măsurabil, dezexcitarea are loc prin emisie , o parte din fotonii gamma dând naştere fenomenului de conversie internă cu electroni din păturile K şi L.

La interacţiunea unei particule cu antiparticula sa se produce fenomenul de anihilare; ambele particule dispar apărând în locul lor alte particule, fie fotoni, fie particule cu masă de repaus diferită de zero. În procesul de anihilare trebuiesc satisfăcute legile de conservare valabile în reacţiile nucleare. Legea conservării impulsului nu poate fi satisfăcută decât dacă la anihilare apar cel puţin două particule. Să luăm de exemplu anihilarea unui pozitron (e+) antiparticula electronului cu un electron (e-): e+ + e- --> +

Dacă anihilarea se face când e+ şi e- sunt în repaus cei doi fotoni vor fi emişi cu impulsuri egale şi opuse şi vor avea fiecare o energie de repaus a unui electron pentru ca să fie îndeplinite legile de conservare a energiei şi impulsului. Aceasta are loc conform schemei: h n = 2 m0 c2 + Ee- + Ee+ ; m0 c2

= 0,51 MeV; 2 m0 c2 = 2 h n0.În concluzie prin radiaţie gamma ( ) înţelegem: radiaţie electromagnetică cu lungimea de undă

sub 1 , emisă în timpul tranziţiilor nucleelor atomice de pe un nivel superior pe un nivel inferior, la frânarea într-o substanţă a particulelor încărcate rapid, la anihilarea unei perechi de particulă-antiparticulă, în procesul dezintegrării unor particule ori a radionuclidului. După valoarea mare sau mică a energiei lor, radiaţiile pot fi dure sau moi la tranzaţia unui nucleu între două stări energetice, energia cuantei este dată de expresia:

h nik = Ei + Ek 1.2.2

Întrucât nivelele energetice nucleare sunt discrete, spectrul de radiaţii emis este un spectru discret, de linii.

Cantitatea şi calitatea grupează unele mărimi caracteristice pentru radiaţiile X şi . Cantitatea, de exemplu, se referă la numărul de fotoni (care va fi tratată în capitolul următor) iar calitatea radiaţiilor este legată de energia fiecărui foton.

Energia unui foton este dată de relaţia (KeV):

E = h n = h c / = 12,398 keV / = 12,398 keV nm / 1.2.3

unde 1 (angstrom) = 10-10 m, constanta lui Planck h = 6,626 10-34 J s = 4,136 10-18 KeV s. Reţinem

că se folosesc unităţile tolerate: 1,6022 10-16 = 1 KeV şi viteza luminii în vid c = 2,98 108 m/s = 2,98

10 18 /s = 2,98 1017 nm/s. De exemplu pentru o lungime de undă de 1 mm vom obţine o energie de

12,4 KeV. Domeniul radiaţiei variază de la 2,6 KeV (radiaţia X caracteristică din captura electronului Ar - 37, K ) până la 6,1 - 7,1 MeV (radiaţie provenită din dezexcitarea N-17). Dacă toţi fotonii au aceeaşi energie fascicolul se numeşte monocromatic (expresie provenită din domeniul vizibil).

2. Radia ţ iile X

Radiaţiile X sunt radiaţii electromagnetice emise la trecerea particulelor încărcate (electronii) la schimbarea nivelelor energetice de pe un nivel energetic pe alt nivel energetic în atom (denumite radiaţii X sau de fluorescenţă). De asemenea, ele se obţin prin frânarea în câmpul de forţe columbiene (radiaţii X continue sau bremsstrahlung).

Se observă că radiaţiile X se clasifică în radiaţii de frânare şi radiaţii caracteristice. Radiaţiile de frânare sunt denumite Bremsstrahlung şi provin din interacţia electronilor cu energie mare cu nuleele; radiaţia de frânare are un spectru de linii continuu care cuprinde fotonii de toate energiile până la o limită maximă, egală cu energia electronilor iniţiali.

Radiaţiile caracteristice au, din contră, un spectru de linii, compus dîntr-un număr finit de energii, tipice configuraţiei electronice a atomului sursă. Conform modelului atomic în pături, electronii orbitali din jurul nucleului sunt grupaţi pe nivele de energie, denumite convenţional K, L, M, etc., cei cu energia mai mare, adică mai puternic legaţi de nucleu, fiind cei din pătura K, cea mai apropiată. Remarcăm că energia de legatură este o energie potenţială negativă, în sensul că electronul, primind energie, trece pe un nivel superior sau poate părăsi atomul. Prin excitarea atomului, datorită unui proces de interacţie cu transfer de energie, are loc deplasarea unor electroni de pe o pătură mai apropiată de nucleu pe una mai departată. Starea excitată nu este stabilă, astfel că electronii revin pe starea de origine, eliberând surplusul de energie sub forma unui foton. În cazul păturilor interioare, de energie înaltă, aceşti fotoni dau naştere radiaţiilor X caracteristice. Astfel, dacă tranziţia electronilor care se dezexcită de pe nivelul L înapoi pe nivelul K dă naştere radiaţiei caracteristice K, iar de pe nivelul M, celei notate cu K, ş.a.m.d.

Radiaţiile X caracteristice unei anumite specii nucleare (sau nuclid) pot fi excitate nu numai prin bombardament de electroni, ci şi prin alte procese. Printre acestea menţionăm captura electronică şi conversia internă.

De asemenea, radiaţiile caracteristice pot proveni din atomii excitaţi prin iradierea cu radiaţii de frânare sau cu radiaţii gamma. Radiaţiile incidente, dacă posedă în spectrul lor, continuu sau discret, şi fotoni de energii corespunzătoare pot provoca deplasarea electronilor orbitali pe nivele superioare, astfel încât la revenirea pe nivelul iniţial se emit radiaţiile caracteristice atomului în cauză. Dacă sunt generate prin acest mecanism, radiaţiile sunt denumite radiaţii X de fluorescenţă.

Totuşi, pentru a exemplifica relativitatea distincţiei între fotonii X şi , menţionăm procesul de anihilare electron-pozitron (care a fost exemplificat mai inainte).

Interacţiunea dintre electron şi pozitron are loc cu emisia a doi fotoni care poartă fiecare energia corespunzătoare masei de repaus a electronului, de 0,511 MeV. Radiaţia de 0,511 MeV nu este nici de provenienţă atomică, nici intranucleară, rezultând dîntr-o reacţie între particule elementare (sau fundamentale). Ca o concluzie la cele descrise până acum, specificăm că, fotonii radiaţiilor X şi , pentru o energie dată, au proprietăţi identice, diferă doar modul de apariţie (originea lor). Uneori textele mai vechi se referă la fotonii cu energie mai mică, cum sunt radiaţiile X, şi la fotonii cu energie mai mare, cum sunt radiaţiile , dar această bază pentru a le distinge este acum depăşită.

În mod obişnuit, radiaţiile X au domeniul energetic în funcţie de diferenţa de potenţial conform tabelului care urmează (Tabel 2.1). Această clasificare provine de la accelerarea electronilor de la anod la catod într-un tub de descărcare.

Tabel 2.1 0,1 - 20 kV Radia]ii X cu energie mică sau radiaţii moi

20 - 120 kV Radiaţii X pentru diagnostic120 - 300 kV Radiaţii X supravoltate0,3 - 1,00 MV Radiaţii X cu energie intermediară

1 MV şi mai mari Radiaţii X de ordinul megavolţilor

În general putem considera că, radiaţia X este radiaţia electromagnetică cu lungimea de undă cuprinsă în domeniul 0,01 - 100 A. Ea este emisă fie prin excitarea atomului pe unele din nivelele superioare, fie la frânarea într-o substanţă a unor particule rapide, încarcate electric. Deci, sunt două feluri de radiaţii, cu spectru continuu (sau de frânare) datorită electronilor frânaţi în substanţă. Radiţia X cu spectru de linii (sau caracteristic) apare când tensiunea de accelerare depăşeşte 25 KV pentru 0,5 A. Electronii acceleraţi ciocnindu-se cu atomii substanţei, smulg acestora electroni de pe păturile cu număr cuantic principal mic (n = 1 pătura K, n = 2 pătura L, n = 3 pătura M, n = 4 pătura N, etc.). Locurile rămase libere sunt apoi completate de electroni prin tranziţia de pe pături cu n mai mare, în timpul cărora are loc emisia de radiaţii X cu lungimi de undă determinate, grupate în serii. Tranziţiile de pe pătura L, M, N pe pătura K dau naştere seriei K (cu liniile K, K, K), tranziţiile de pe păturile M, N, Q pe pătura L dau naştere seriei L (cu liniile L, L, L,etc.).

3. Electronii rapizi

Dacă au aceeaşi masă cu a electronului iar sarcina electrică egală în valoare absolută, dar de semn contrar (pozitiv), va fi denumit pozitron (antiparticula electronului). Dacă sunt emişi de un nucleu radioactiv (electronii şi pozitronii) în procesul dezintegrării atunci ne vom referi la dezintegrarea (radiaţia ). Dacă rezultă din ciocnirea particulelor încărcate ne vom referi la radiaţiile . La trecerea particulelor încărcate prin substanţă, se imprimă prin ciocniri energii cât de mari unor electroni, astfel încât ei la rândul lor produc ionizări secundare (am amintit mai înainte). Aceşti electroni au un parcurs scurt şi poartă numele de radiaţii (). Sensul de deplasare al electronilor de energie maximă coincide cu sensul particulei incidente. Fasciculele intense de electroni se obţin cu generatoare Van der Graaff, iar fasciculele pulsate de electroni de mare energie se obţin cu ajutorul acceleratoarelor liniare, betatroane, etc. În general, aceste fascicule de electroni se folosesc în aplicaţii medicale.

4. Particule î nc ă rcate grele

În mod obişnuit, fasciculele de particule încărcate se obţin prin accelerarea în câmpuri electrice cu maşini Van der Graaff, sau acceleratoare liniare sau ciclotroane. De asemenea, mai există şi particule emise de nucleele radioactive (dezintegrarea ). Izotopii hidrogenului H11, H12, H13 se deosebesc mult ca masă şi ca atare proprietaţile lor fizice şi chiar chimice sunt diferite pot fi de asemenea luate în consideraţie ca particule grele.

Astfel, atomul izotopului H12 (numit hidrogen greu) s-a numit "deuteriu" şi are simbolul "D"; nucleul respectiv se numeşte "deuteron" şi are simbolul "d". Similar atomul izotopului H13 (numit şi hidrogenul supragreu) se numeşte "tritiu", iar nucleul poartă denumirea "triton" cu simbolul "t". Deosebirile dintre aceşti izotopi pot fi exemplificate în cazul moleculelor de apă H2O şi apa grea D2O, care au propietăţi diferite. Apa grea are densitatea 1108 kg/m3, fierbe la 101,42 °C şi îngheaţă la 3,82 °C; sunt propietăţi destul de diferite în comparaţie cu apa obişnuită (numită şi apă uşoară), proprietăţi care sunt folosite în obţinerea industrială de apă grea.

În cadrul particulelor nucleare grele pot fi incluse:

a) protonul (nucleul de hidrogen) (p)- este nucleul celui mai simplu atom (hidrogen) şi intră în compoziţia nucleelor atomice.b) deuteronul (nucleul elementului deuteriu) (d);- este format dîntr-un proton şi un neutron, legaţi între ei prin forţe nucleare (deuteronul este izotop al hidrogenului având nucleul format dîntr-un proton şi un neutron).c) triton (nucleu al atomului de tritiu) (t);- este alcătuit din doi neutroni şi un proton (tritiu, izotop al hidrogenului cu număr de masă 3, este produs în reacţiile nucleare fiind instabil cu timp de injumatăţire T1/2 = 12,2 ani);d) particule - sunt nuclee de heliu formate din doi protoni şi doi neutroni, de asemenea pot fi nuclee de H13 cu un singur neutron;e) alte particule grele constau din nuclee ale atomilor grei având un electron lipsă, sau având un număr de electroni diferit de cel necesar pentru a se produce un atom neutru. Deşi nu există o delimitare strictă, prin ioni grei se inţeleg nuclee cu numărul atomic Z mai mare decât al particulei 24;f) pionii, mezonii negativi produşi prin interacţia electronilor sau protonilor rapizi cu nucleele grele.

5. Neutronii

Sunt particule obţinute prin reacţia (p,n) sau fisiune, ei neputăndu-se accelera deoarece nu au sarcină electrică . In continuare vom sublinia căteva probleme cu privire la radiaţiile gama si electroni.

Domeniul energiei fotonilor cel mai des intâlnit în aplicatiile radiaţiilor ionizante se extind de la 10 keV la 10 MeV, existând tabele de date nucleare asupra interacţiilor cu substanţa. În general pentru acest domeniu, se dau tabele ce conţin şi . De asemenea, trebuie subliniat faptul ca există o cantitate foarte mare de date în literatura de specialitate pentru acest domeniu energetic.

Împărţirea radiaţiilor în ionizante şi neionizante este convenţională şi foloseşte drept criteriu faptul că procesul de ionizare a substanţei străbătute este sau nu un proces de interacţiune primar. Astfel, electronii, ca de altfel şi celelalte particule cu sarcină electrică, ionizează substanţa strabătută. Fotonii interacţionează prin efect fotoelectric, efect Compton şi generare de perechi, iar electronii formaţi prin aceste efecte (fotoelectronii, electronii Compton şi perechile de electroni) produc la rândul lor ionizări, ionizarea constituind în acest caz un proces secundar. Putem spune deci, ca particulele cu sarcină electrica ionizează direct substanţa, pe când fotonii produc ionizări indirecte.

Pentru simplificarea limbajului vom folosi, ca şi alţi autori, pentru electroni, termenul de radiaţii ionizante iar pentru fotoni, acela de radiaţii neionizante. Există insă, o raţiune mai profundă pentru o asemenea clasificare. Într-adevăr, cele două tipuri de radiaţii au comportări fundamental diferite atunci când interacţionează cu mediile atenuatoare. În cursul procesului de ionizare electronii suferă un număr mare de interacţiuni cu pierderi mici de energie. Datorită acestui fapt electronii cu aceeasi energie au traiectorii în substantă de lungimi apropiate. Există astfel o relaţie funcţională între energia electronului şi parcursul său într-un mediu atenuator dat.

În cazul fotonului, procesele de interacţie sunt "catastrofice"; într-un singur act de interacţie fotonul îşi poate modifica considerabil energia şi direcţia, cu o probabilitate relativ mare. Cum însă probabilitatea de interacţie în fiecare din procesele caracteristice fotonilor variază în limite largi, este posibil ca un foton care pătrunde în substanţă să nu interacţioneze şi să parcurgă astfel o distanţă oricât de mare fără a suferi interacţii.

Aceste caracteristici ale interacţiei particulelor ionizante şi neionizante, deosebite în cele două cazuri, determină comportări diferite la trecerea prin medii atenuatoare ale fasciculelor de radiaţii formate din asemenea particule. Comportarea fasciculelor de radiaţii la trecerea prin substanţă poate fi studiata global; această metodă de lucru este larg utilizată şi va fi prezentată în cele ce urmează. O asemenea tratare globală furnizează o informaţie nu întotdeauna suficientă. Astfel, de exemplu, dacă

este necesară cunoaşterea distibuţiei energetice sau unghilare, atunci este necesar să se ia în considerare procesele individuale de interacţie.

Comisia Internaţională de Unităţi şi Masuri în domeniul radiaţiilor (ICRU) - International Commission on Radiological Units and Measurements - recomandă o anumită terminologie referitoare la radiaţiile ionizante care accentuează în mod deosebit marea diferenţa între particulele încărcate şi particulele neîncărcate la trecerea prin substanţă.

Conform celor discutate mai inainte, termenii folosiţi în mod curent sunt:1) Radiaţii direct ionizate: particule încărcate rapid care cedează energia lor direct substanţ ei (atomilor substanţei) prin multiple interacţii coulumbiene pe parcursul particulei.2) Radiaţii indirect ionizante: fotonii radiaţiilor X sau şi neutronii (adică particulele neîncărcate) care transferă în primul rând energia lor particulelor incărcate din substanţa respectivă (atomilor substanţei) prin care trec, în general într-un număr mic de interacţii. Rezultă particule rapide încărcate care cedează în continuare energie substanţei (atomilor substanţei). Se observă că cedarea energiei în substanţa respectivă, de către radiaţiile indirect ionizante este un proces de doi paşi. În continuare datorită dezvoltării conceptului de Fizică Radiobiologică ca ştiinţă, importanta acestui fapt va deveni evidentă (pentru definirea mărimilor Kerma şi Doză).

Raţionamentul pentru care se dă o atenţie atăt de mare radiaţiilor ionizante fiind considerată ştiinţă în continuă expansiune este acela că ele provoacă anumite transformări substanţei prin care trec. Datorită efectelor pe care le au în interacţia lor cu substanţa se determină luarea unor măsuri pentru a opri efectele, pentru a nu se schimba proprietătile substanţei.

Sistemul biologic, adică cel uman, este în general susceptibil în a se produce leziuni de către unele radiaţii ionizante. Dacă o cantitate de energie suficient de mică este cedata ţesutului viu (aproximativ 4 J / kg), ea poate produce moartea, chiar dacă această cantitate de energie nu poate ridica temperatura cu aproximativ 0,001 °C. Este evident că probabilitatea radiaţiilor ionizante de a ceda energie atomilor individuali, moleculelor şi celulelor biologice are ca rezultat un efect mult mai profund (care pe parcurs va fi lămurit). Rezultatul concentraţiei locale a energiei absorbite poate distruge o celulă direct sau prin formarea unui reactiv chimic, radicali liberi în mediu apos, din care este constituită substanţa biologică. Mediul principal în care se desfăşoară procesele biologice fiind apa, efectele apar ca rezultat al ionizării acesteia. Produsele de descompunere a apei (ioni şi radicali) acţionează ca agenţi oxidanţi şi reducători asupra unor componente esenţiale celulare, perturbând funcţionarea normală a proceselor biologice din aceste celule.