電離輻射無處不在。 它以宇宙射線的形式從外太空到達。 它作為放射性氡及其後代的排放物存在於空氣中。 天然存在的放射性同位素進入並留在所有生物體內。 這是不可避免的。 事實上，這個星球上的所有物種都是在電離輻射存在的情況下進化而來的。 雖然暴露在小劑量輻射下的人類可能不會立即表現出任何明顯的生物效應，但毫無疑問，當給予足量的電離輻射時，會造成傷害。 這些影響在種類和程度上都是眾所周知的。
雖然電離輻射會造成傷害，但它也有許多有益的用途。 放射性鈾在許多國家的核電站中發電。 在醫學上，X 射線產生用於診斷內傷和疾病的射線照片。 核醫學醫師使用放射性物質作為示踪劑來形成內部結構的詳細圖像並研究新陳代謝。 治療性放射性藥物可用於治療甲狀腺功能亢進症和癌症等疾病。 放射治療醫師使用伽馬射線、π 離子束、電子束、中子和其他類型的輻射來治療癌症。 工程師在油井測井作業和土壤水分密度計中使用放射性物質。 工業放射技師在質量控制中使用 X 射線來觀察製造設備的內部結構。 建築物和飛機上的出口標誌含有放射性氚，可以在停電時在黑暗中發光。 家庭和商業建築中的許多煙霧探測器都含有放射性镅。
電離輻射和放射性物質的這些多種用途提高了生活質量，並以多種方式幫助社會。 必須始終將每次使用的好處與風險進行比較。 風險可能涉及直接參與應用輻射或放射性物質的工人、公眾、子孫後代和環境，或這些風險的任何組合。 除了政治和經濟方面的考慮，當涉及電離輻射時，收益必須始終大於風險。
電離輻射
電離輻射由粒子組成，包括光子，它們導致電子與原子和分子分離。 然而，某些類型的能量相對較低的輻射，例如紫外線，在某些情況下也會引起電離。 為了將這些類型的輻射與總是引起電離的輻射區分開來，電離輻射的任意能量下限通常設置在 10 千電子伏特 (keV) 左右。
直接電離輻射由帶電粒子組成。 這些粒子包括高能電子（有時稱為負電子）、正電子、質子、α 粒子、帶電介子、μ 子和重離子（電離原子）。 這種類型的電離輻射主要通過庫侖力與物質相互作用，利用原子和分子的電荷排斥或吸引電子。
間接電離輻射由不帶電粒子組成。 最常見的間接電離輻射是 10 keV 以上的光子（x 射線和伽馬射線）和所有中子。
X 射線和伽馬射線光子與物質相互作用並至少以三種不同的方式引起電離：
- 低能光子主要通過光電效應相互作用，其中光子將其所有能量提供給電子，然後電子離開原子或分子。 光子消失了。
- 中能光子主要通過康普頓效應相互作用，其中光子和電子基本上以粒子的形式碰撞。 光子繼續以能量減少的新方向前進，而釋放的電子則以剩餘的入射能量（較少電子與原子或分子的結合能）消失。
- 只有能量超過 1.02 MeV 的光子才能產生對。 （然而，在 1.02 MeV 附近，康普頓效應仍然占主導地位。在更高的能量下，對的產生占主導地位。）光子消失，電子 - 正電子對出現在它的位置（這只發生在原子核附近，因為動量守恆和能源方面的考慮）。 電子-正電子對的總動能等於光子的能量減去電子和正電子的靜止質量能量之和 (1.02 MeV)。 然後，這些高能電子和正電子以直接電離輻射的形式進行。 當它失去動能時，正電子最終會遇到電子，粒子會相互湮滅。 然後，兩個（通常）0.511 MeV 的光子從彼此成 180 度角的湮滅點發射出來。
對於一個給定的光子，這些中的任何一個都可能發生，除了只有能量大於 1.022 MeV 的光子才有可能產生對。 光子的能量及其相互作用的材料決定了哪種相互作用最有可能發生。
圖 1 顯示了每種類型的光子相互作用占主導地位的區域，這些區域是光子能量和吸收劑原子序數的函數。
圖 1. 光子在物質中的三種主要相互作用的相對重要性
中子與物質最常見的相互作用是非彈性碰撞、中子俘獲（或激活）和裂變。 所有這些都是與原子核的相互作用。 與中子非彈性碰撞的原子核處於更高的能級。 它可以以伽馬射線的形式或通過發射 β 粒子或兩者同時釋放這種能量。 在中子俘獲中，受影響的原子核可能會吸收中子並以伽馬射線或 X 射線或貝塔粒子或兩者的形式噴射能量。 次級粒子然後引起如上所述的電離。 在裂變中，一個重核吸收中子並分裂成兩個幾乎總是具有放射性的輕核。
數量、單位和相關定義
國際輻射單位和測量委員會 (ICRU) 制定了國際公認的輻射和放射性數量和單位的正式定義。 國際輻射防護委員會 (ICRP) 還制定了用於輻射安全的各種數量和單位的定義和使用標準。 下面介紹輻射安全中常用的一些量、單位和定義。
吸收劑量. 這是電離輻射的基本劑量學量。 基本上，它是電離輻射賦予每單位質量物質的能量。 正式地，
哪裡 D 是吸收劑量，de 是傳遞給質量為 d 的物質的平均能量m. 吸收劑量的單位是焦耳每千克 (J kg - 1). 吸收劑量單位的特殊名稱是戈瑞 (Gy)。
活動. 該數量表示每單位時間給定核能狀態的核轉變次數。 正式地，
哪裡 A 是活動，dN 是時間間隔 d 內給定能態的自發核躍遷次數的期望值t. 與放射性核數有關 N 通過：
其中 l 是衰減常數。 Activity 的單位是秒的倒數（s - 1). 活動單位的特殊名稱是貝克勒爾 (Bq)。
衰減常數 (l). 該數量表示給定放射性核素每單位時間發生核轉變的概率。 衰減常數的單位是秒的倒數 (s - 1). 跟半衰期有關 t½ 放射性核素：
衰變常數 l 與放射性核素的平均壽命 t 的關係為：
活動的時間依賴性 A(t) 和放射性核的數量 N(t) 可以表示為 
。
確定性生物學效應. 這是由電離輻射引起的生物效應，其發生概率在小吸收劑量下為零，但會急劇增加到統一 (100%)，超過某個吸收劑量水平（閾值）。 白內障誘發是隨機生物學效應的一個例子。
有效劑量. 有效劑量 E 是全身各組織器官的加權當量劑量之和。 它是輻射安全量，因此不適用於在相對較短的時間內釋放的大吸收劑量。 它由：
哪裡 w T 是組織加權因子，並且 HT 是組織 T 的等效劑量。有效劑量的單位是 J kg - 1. 有效劑量單位的特殊名稱是希沃特 (Sv)。
等效劑量. 等效劑量 HT 是一個組織或器官（而不是一個點）的平均吸收劑量，並根據感興趣的輻射質量加權。 它是輻射安全量，因此不適用於在相對較短的時間內釋放的大吸收劑量。 等效劑量由下式給出：
哪裡 DT，R 是由於輻射 R 而在組織或器官 T 上平均吸收的劑量 w R
是輻射加權因子。 等效劑量的單位是 J kg - 1. 當量劑量單位的特殊名稱是希沃特 (Sv)。
半衰期. 該數量是放射性核素樣品的活度降低一半所需的時間。 等效地，它是給定放射性狀態下給定數量的原子核減少二分之一所需的時間。 它的基本單位是秒 (s)，但通常也以小時、天和年表示。 對於給定的放射性核素，半衰期 t½ 通過以下方式與衰減常數 l 相關：
線性能量傳輸. 這個量是帶電粒子在穿過物質時每單位長度賦予物質的能量。 正式地，
哪裡 L 是線性能量轉移（也稱為 線性碰撞制動力) 和 de 是粒子在穿過距離 d 時損失的平均能量l. 線性能量傳輸 (LET) 的單位為 J m - 1.
平均壽命. 這個數量是一個核態在通過發射電離輻射轉變為低能態之前存活的平均時間。 它的基本單位是秒 (s)，但也可以用小時、天或年表示。 它通過以下方式與衰減常數相關：
其中 t 是平均壽命，l 是給定能態下給定核素的衰變常數。
輻射加權因子. 這是一個數字 w R 對於給定類型和能量的輻射 R，代表該輻射在低劑量下誘導隨機效應的相對生物有效性的值。 的價值觀 w R 與線性能量傳輸 (LET) 相關，如表 1 所示。圖 2（背面）顯示了兩者之間的關係 w R LET 代表中子。
表 1. 輻射加權因子 wR
|
類型和能量範圍 |
wR 1 |
|
光子，所有能量 |
1 |
|
電子和介子，所有能量2 |
1 |
|
中子，能量 10 keV |
5 |
|
10 keV 至 100 keV |
10 |
|
>100 keV 至 2 MeV |
20 |
|
>2 MeV 至 20 MeV |
10 |
|
>20兆電子伏 |
5 |
|
質子，反沖質子除外，能量 >2 MeV |
5 |
|
阿爾法粒子、裂變碎片、重核 |
20 |
1 所有值都與入射到身體上的輻射有關，或者對於內部源，是從源發出的輻射。
2 不包括從與 DNA 結合的原子核發射的俄歇電子。
相對生物效應 （RBE）。 與另一種輻射相比，一種輻射的 RBE 是產生相同程度的規定生物學終點的吸收劑量的反比。
圖 2. 中子的輻射加權因子（平滑曲線被視為近似值）
隨機生物效應. 這是一種由電離輻射引起的生物效應，其發生概率隨吸收劑量的增加而增加，可能沒有閾值，但其嚴重程度與吸收劑量無關。 癌症是隨機生物學效應的一個例子。
組織權重因子 w T. 這表示組織或器官 T 對由於全身均勻照射引起的所有隨機效應造成的總損害的貢獻。 使用它是因為等效劑量引起的隨機效應的概率取決於受照射的組織或器官。 全身均勻的等效劑量應使有效劑量在數值上等於身體所有組織和器官的有效劑量之和。 因此，所有組織加權因子的總和歸一化為單位。 表 2 給出了組織權重因子的值。
表 2. 組織權重因子 wT
|
組織或器官 |
wT 1 |
|
性腺 |
0.20 |
|
骨髓（紅色） |
0.12 |
|
結腸 |
0.12 |
|
肺 |
0.12 |
|
胃 |
0.12 |
|
膀胱 |
0.05 |
|
胸圍 |
0.05 |
|
肝 |
0.05 |
|
食管 |
0.05 |
|
甲狀腺 |
0.05 |
|
美容 |
0.01 |
|
骨面 |
0.01 |
|
其餘 |
0.052，3 |
1 這些值是根據男女人數相等、年齡範圍廣泛的參考人群得出的。 在有效劑量的定義中，它們適用於工人、全體人口和任何性別。
2 為了計算的目的，其餘部分由以下額外的組織和器官組成：腎上腺、大腦、大腸上段、小腸、腎臟、肌肉、胰腺、脾臟、胸腺和子宮。 該清單包括可能被選擇性照射的器官。 已知列表中的某些器官容易誘發癌症。
3 在那些特殊情況下，其餘組織或器官中的一個組織或器官接受的當量劑量超過指定加權因子的十二個器官中任何一個的最高劑量，則應對該組織應用 0.025 的加權因子或器官以及 0.025 的加權因子與上述其餘部分的平均劑量的比值。