2

Prawo rozpadu naturalnego - to zależność określająca szybkość ubywania pierwotnej masy substancji zbudowanej z jednego rodzaju cząstek, która ulega naturalnemu, spontanicznemu rozpadowi.

Prawo ma zastosowanie w rozpadzie promieniotwórczym ciał, ale w ogólności dotyczy wielu procesów fizycznych.

Prawo to głosi, że jeśli prawdopodobieństwo rozpadu cząstek tworzących substancję jest dla każdej z nich jednakowe i niezależne oraz nie zmienia się w czasie trwania procesu rozpadu, to ubytek masy substancji w niewielkim odcinku czasu można wyrazić wzorem:

Po scałkowaniu:

gdzie:

m - masa substancji ulegającej rozpadowi,

λ - stała rozpadu charakterystyczna dla danego izotopu lub substancji,

t - czas,

m₀ - masa początkowa substancji w momencie t = 0

m(t) - masa substancji w czasie t.

We wzorze na prawo rozpadu zamiast stałej rozpadu λ używana jest wielkość
zwana średnim czasem życia.

Czas po którym w stanie początkowym pozostaje połowa masy próbki (
) nazywa się czasem połowicznego rozpadu (
).

Co można wyrazić wzorem:

lub

Wzór na ilość pozostającej substancji można wyrazić:

Masa cząstek, które się rozpadły od początku, czyli czasu t=0, w którym masa była równa m₀ to:

Masę cząstek, które się rozpadają w jednostce czasu, a więc szybkość rozpadania się (patrz aktywność promieniotwórcza), można przedstawić jako:

W prawie rozpadu naturalnego w miejsce masy można używać inne wielkości mierzące ilość rozpadającego się czynnika, np. liczbę cząstek.

Prawo rozpadu naturalnego ma zastosowanie do cząstek elementarnych, jąder atomowych i substratów reakcji chemicznych, które zachodzą zgodnie z kinetyką pierwszego rzędu.

Prawo rozpadu naturalnego zastosowane do opisu zachowania izotopów promieniotwórczych znane jest jako prawo rozpadu promieniotwórczego lub prawo przemian promieniotwórczych a samo równanie jako równanie rozpadu promieniotwórczego.

Stała rozpadu

2.1a Stała rozpadu (λ) - jest to parametr charakteryzujący substancję radioaktywną. Jest on równy prawdopodobieństwu zajściu rozpadu jednego jądra atomowego w jednostce czasu. Stała rozpadu jest związana z czasem życia τ i czasem połowicznego rozpadu T_½ związkiem:

W przypadku kilku równoległych, niezależnych rodzajów rozpadu danej substancji wynikowa stała rozpadu jest sumą stałych charakterystycznych poszczególnych procesów oddzielnych.

2.1b Stała rozpadu (ang. Decay constant), λ,jest jednym z parametrów charakteryzujących rozpad promieniotwórczy:

gdzie dP jest prawdopodobieństwem, że dane jądro rozpadnie się spontanicznie w przedziale czasu dt.

W przypadku kilku równoległych, niezależnych rodzajów rozpadu danego izotopu wynikowa stała rozpadu jest sumą stałych charakteryzujących poszczególne procesy oddzielnie.

Stała rozpadu ma wymiar czas^-1, (s^-1), świadczy o prawdopodobieństwie zajścia rozpadu jednego jądra w jednostce czasu (jest równa ułamkowi ogólnej liczby jąder, które podlegają rozpadowi w jednostce czasu).

Ze stałą rozpadu związany jest czas połowicznego zaniku (ang. half-life), τ_1/2:

2.2a Czas połowicznego zaniku (rozpadu) to średni czas po jakim aktywność (równoznacznie: ilość jąder) danego izotopu promieniotwórczego (radionuklidu) spadnie do połowy swej początkowej wartości.

Ze względów praktycznych często przyjmuje się, że całkowity rozpad danego radionuklidu następuje po czasie równym 5 czasom połowicznego zaniku (tj. gdy aktywność spadnie do poziomu 1/32 aktywności początkowej).

Czas połowicznego zaniku charakteryzuje dany izotop promieniotwórczy niezależnie od czynników zewnętrznych (np. temperatura, ciśnienie, postać chemiczna, stan skupienia itp.), oznaczany jest zazwyczaj τ_1/2.

 Jednostką czasu połowicznego rozpadu jest s^-1.

2.2b Czas połowicznego rozpadu (zaniku) (okres połowicznego rozpadu) - czas, w ciągu którego liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę. Czas ten, oznaczany symbolem T_1/2, zgodnie z definicją musi spełniać zależność:

2.3 Aktywność (A), (ang. Activity)  -  liczba spontanicznych przemian jądrowych zachodzących w źródle w jednostce czasu.

Aktywność A pewnej ilości nuklidu promieniotwórczego w określonym stanie energetycznym w danej chwili czasu, zdefiniowana jest jako iloraz dN i dt, gdzie dN oznacza wartość oczekiwaną liczby spontanicznych przemian jądrowych z tego stanu energetycznego, zachodzącego w ciągu czasu dt:
 

W układzie SI podstawową jednostką aktywności jest bekerel (Bq). Źródło ma aktywność jednego bekerela, jeżeli w ciągu jednej sekundy następuje w nim jeden rozpad promieniotwórczy.

1 Bq = 1 s^-1

Historyczną jednostką aktywności jest kiur (Ci). 1 Ci  stanowi aktywność 1g  ²²⁶Ra i odpowiada

1 Ci = 3,7·10¹⁰ Bq = 37 GBq

3

Efekt fotoelektryczny

Zaproponowane przez Alberta Einsteina wyjaśnienie zjawiska i jego opis matematyczny oparte jest na założeniu, że energia wiązki światła pochłaniana jest w postaci porcji (kwantów) równych hν, gdzie h jest stałą Plancka a ν oznacza częstotliwość fali. Kwant promieniowania pochłaniany jest przy tym w całości. Einstein założył dalej, że usunięcie elektronu z powierzchni metalu (substancji) wymaga pewnej pracy zwanej pracą wyjścia, która jest wielkością charakteryzującą daną substancję (stałą materiałową). Pozostała energia unoszona jest przez emitowany elektron. Z tych rozważań wynika wzór:

gdzie:

• h - stała Plancka;

• ν - częstotliwość padającego fotonu;

• W - praca wyjścia;

• E_k - maksymalna energia kinetyczna emitowanych elektronów.

Zjawisko Comptona, rozpraszanie komptonowskie - zjawisko rozpraszania promieniowania X (rentgenowskiego) i promieniowania gamma, czyli promieniowania elektromagnetycznego o dużej częstotliwości, na swobodnych lub słabo związanych elektronach, w wyniku którego następuje zwiększenie długości fali promieniowania. Za słabo związany uważamy przy tym elektron, którego energia wiązania w atomie, cząsteczce lub sieci krystalicznej jest znacznie niższa, niż energia padającego fotonu. Zjawisko przebiega w tym przypadku praktycznie tak samo, jak dla elektronu swobodnego.
Zwiększenie długości fali rozproszonego fotonu, zwane przesunięciem Comptona, zależy od kąta rozproszenia fotonu zgodnie ze wzorem:

gdzie:

• 
  - zmiana długości fali fotonu, (przesunięcie Comptona)

• 
  - kąt rozproszenia fotonu

• 
  - stała, tzw. komptonowska długość fali elektronu

• 
  - stała Plancka

• 
  - masa spoczynkowa elektronu

• 
  - prędkość światła

• 
  - długość fali rozproszonej

• 
  - długość fali padającej

Kreacja pary cząstka-antycząstka jest trwała, czyli powstałe cząstki istnieją po akcie kreacji dowolnie długo. W procesie takiej kreacji spełniona jest zasada zachowania energii, pędu i inne zasady zachowania. Zdarzenia takie można obserwować w procesach, w których oddziałujące cząstki mają dostatecznie wysoką energię, czyli np. w oddziaływaniu promieniowania kosmicznego z cząstkami atmosfery czy w akceleratorach.

Przykładem jest powstanie pary mion-antymion w wyniku zderzenia elektron-pozyton:

Pojawiający się w tej reakcji foton nie jest rzeczywistą cząstką - jest wirtualny, ponieważ przenosi pęd nie spełniający zasady zachowania pędu, co jest jednak zgodne z elektrodynamiką kwantową. Pary cząstek mogą powstawać nie tylko z fotonów, ale również z bozonów Z⁰, jednak jest to proces występujący znacznie rzadziej. Gluony mogą również kreować pary, jednak w tym przypadku możliwa jest tylko kreacja par kwark-antykwark, z uwagi na niezerowy ładunek kolorowy niesiony przez gluony.

Możliwa jest też kreacja rzeczywistych par cząstek naładowanych przez rzeczywiste fotony, pod dwoma warunkami

1. energia fotonu musi być wyższa, niż suma mas kreowanych cząstek,

2. w procesie uczestniczy dodatkowy obiekt, który przejmie nadmiar pędu, tak by spełnione były zasady zachowania pędu i energii.

Energia równoważna masie elektronu E=0,511 MeV. Mając energię większą od 1,022 MeV foton może w polu jądra atomowego wyzwolić dwa elektrony o przeciwnych ładunkach elektrycznych - negaton i pozyton - sam ulegając unicestwieniu.
hv = 2m_oc² + E_k⁺ + E_k^-
Elektrony otrzymane w ten sposób jonizują atomy kosztem swej energii kinetycznej. Pozyton natomiast, po utracie energii kinetycznej, łączy się z negatonem, po czym obie te cząstki ulegają unicestwieniu, na ich miejsce powstają dwa fotony, które następnie biorą udział w zjawisku fotoelektrycznym lub Comptona.

4

Promieniowanie jonizujące wzięło swoją nazwę stąd, że wywołuje w obojętnych elektrycznie atomach i cząsteczkach materii zmiany w ładunkach elektrycznych, czyli jonizację.

Promieniowanie jonizujące może być pochodzenia:
- naturalnego, to promieniowanie kosmiczne i promieniowanie radionuklidów naturalnych obecnych w środowisku,
- sztucznego, to promieniowanie stosowane w diagnostyce medycznej oraz promieniowane wywołane próbnymi wybuchami jądrowymi i awariami obiektów techniki jądrowej

NATURALNE ŹRÓDŁA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO

•promieniowanie kosmiczne (w wyniku którego powstają głównie tryt, beryl i izotop węgla 14C)
•promieniowanie emitowane przez pierwiastki zawarte w skorupie ziemskiej, a w konsekwencji cyklu pokarmowego, obecne również w organizmie człowieka (głównie izotop potasu 40K), oraz radon uwalniany ze ścian budynków, wody i naturalnych paliw podczas ich spalania.

SZTUCZNE ŹRÓDŁA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO

•aparatura rentgenowska - diagnostyczna i terapeutyczna oraz przemysłowa, a także kineskopy telewizyjne, prostowniki próżniowe średnich i wielkich mocy, betatrony, akceleratory
•izotopy promieniotwórcze - "bomby" kobaltowe lub cezowe, igły radowe, mierniki lub czujniki stosowane w przemyśle (gęstościomierze, pojemnościomierze, wagi izotopowe, czujniki dymu itp.), znakowanie radioizotopowe

Najczęściej spotykanymi rodzajami promieniowania jonizującego elektromagnetycznego jest promieniowanie X i promieniowanie gamma.


Promieniowanie jonizujące jest nieodłącznym składnikiem naszego środowiska, mającym doniosły wpływ na rozwój i ewolucje życia na Ziemi. Promieniowanie to powstaje w wyniku szeregu procesów:
- promieniowania kosmicznego, będącego w istocie rozpędzonymi do ogromnych energii protonami, jądrami helu, a także innymi atomami docierającymi nieustannie z Kosmosu oraz z atmosfery Słońca, które zderzając się z atomami atmosfery ziemskiej prowadzą do powstawania wtórnych źródeł promieniowania,
- samorzutnego rozpadu niestabilnych atomów promieniotwórczych, wchodzących w skład naszego naturalnego otoczenia,
- rozpadu promieniotwórczych pierwiastków wprowadzonych do naszego otoczenia w sposób niekontrolowany, np. w wyniku prób z bronią jądrową, czy też katastrof w energetyce jądrowej,
rozpadu paliwa jądrowego w reaktorach jądrowych lub przyspieszania cząstek do dużych prędkości w akceleratorach,
- przy przejściach elektronów na wewnętrzne powłoki elektronowe atomu, powstające wówczas promieniowanie rentgenowskie wykorzystywane jest w technice i diagnostyce medycznej.

RODZAJE PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO:

Promieniowanie rentgenowskie i gamma odznaczają się dużą przenikliwością i łatwo przenikają np. przez ludzkie ciało. Przed tym promieniowaniem chroni duża warstwa ołowiu, betonu lub wody.
Promieniowanie alfa i beta jest znacznie mniej przenikliwa. Promieniowanie alfa, czyli ciężkie i powolne jądra helu łatwo zatrzymać kartką papieru lub dłonią. Promieniowanie beta, czyli szybko poruszające się elektrony przenikają przez 1 - 2 cm warstwę ludzkiego ciała lub wody, ale z łatwością zatrzymuje je kilkumilimetrowa płytka aluminium.
Promieniowanie neutronowe to strumienie cząstek obojętnych o dużej przenikliwości, które pochodzi przede wszystkim z reaktorów. Osłonę przed takim promieniowaniem stanowi woda, parafina, gruba warstwa ołowiu lub ciężkiego betonu.

5

Dawka ekspozycyjna, ekspozycja (X), (ang. exposure dose) - suma ładunków elektrycznych jonów jednego znaku wytworzonych w jednostce masy suchego powietrza w warunkach normalnych wskutek jonizacji wywołanej promieniowaniem X lub γ (przenikliwe promieniowanie elektromagnetyczne). Dawka ekspozycyjna jest miarą zdolności jonizacji promieniowania przenikliwego w powietrzu.

Zatem jeżeli pod wpływem promieniowania X lub γ w elemencie objętości powietrza o masie dm powstał ładunek dQ jonów jednego znaku, to dawką ekspozycyjną X nazywamy stosunek:

gdzie dQ jest bezwzględną wartością sumy ładunków jonów jednego znaku wytworzonych w warunkach równowagi elektronowej, tzn. gdy wszystkie jony dodatnie i elektrony wytworzone w elemencie objętości o masie dm w nim pozostają.

Jednostką dawki ekspozycyjnej jest w układzie SI kulomb na kilogram (C/kg).

Dawka pochłonięta, (D), (ang. Absorbed dose) - energia promieniowania przenikliwego pochłonięta przez określoną, jednostkową masę materii:

,

gdzie: dE jest średnią energią promieniowania jonizującego przekazaną materii w elemencie objętości o masie dm, czyli jest to energia, jaką traci promieniowanie a pochłania ośrodek, przez który promieniowanie przechodzi, która przypada na jednostkę masy tego ośrodka. Dawka pochłonięta jest miarą pochłaniania promieniowania przez różne materiały.

Jednostką dawki pochłoniętej w układzie SI jest grej (Gy).

1 Gy = 1 J/kg = dżul/kilogram

Przekazana energia promieniowania jonizującego jest zużywana na jonizację, wzbudzenie, wzrost energii chemicznej lub energii sieci krystalicznej, itd., która ostatecznie daje efekt cieplny: wzrost energii wewnętrznej. Z definicji wyklucza się energię zużytą na wzrost masy spoczynkowej lub zamienionej na promieniowanie jonizujące.

Najwygodniej za energię przekazaną materii uważać energię usuniętą z pola promieniowania (z wyłączeniem energii zużytej na wzrost masy spoczynkowej).

ΔE_D=ΔE_E - ΔE_L- ΔE_R  energia przekazana małej objętości ΔV
ΔE_E  - energia wchodząca do objętości ΔV
ΔE_L - energia wychodząca z objętości ΔV
ΔE_R - energia zamieniona w masę spoczynkową w ΔV
Δm - masa zawarta w ΔV
wówczas dawkę pochłoniętą określimy jako

Dawkę pochłoniętą w jednostce czasu nazywa się mocą dawki (
), czyli inaczej jest to energia promieniowania jonizującego pochłonięta przez określoną, jednostkową masę materii w jednostce czasu:

Jednostką mocy dawki pochłonietej jest:

Gy/s = grej/sekunda

1 Gy/s= W/kg = wat/kilogram

W starych jednostkach moc dawki pochłoniętej była wyrażana zazwyczaj w radach na godzinę.

Moc dawki na poziomie 2 mGy/rok (0,2 rad/rok) jest typowa dla tła naturalnego. W terapii nowotworowej chora tkanka zabijana jest dawką (aplikowaną miejscowo) 0,1 kGy (10 krad ), dawki pochłonięte niszczące strukturę materiałów są rzędu od dziesiątek MGy (Grad ) do dziesiątek GGy (Trad).

W przypadku organizmów żywych bardziej adekwatnym pojęciem niż dawka pochłonięta jest równoważnik dawki, który jest szczególnie użyteczny dla celów ochrony radiologicznej.

Równoważnik dawki (nazwa zalecana od 1991 r. wg publikacji ICRP 60), dawka równoważna (starsze pojęcie z 1977 r. wg publikacji ICRP 26), biologiczny równoważnik dawki (H_T), (ang. equivalent dose (ICRP 60), dose equivalent (ICRP 26)) jest to dawka pochłonięta w danej tkance lub narządzie T z uwzględnieniem skutków biologicznych wywołanych przez różne rodzaje promieniowania R. Dawka równoważna określona jest równaniem::
H_T,R = w_RD_T,R ,
 gdzie:
D_T,R oznacza średnią dawkę pochłoniętą promieniowania R w tkance lub narządzie T.
w_R oznacza współczynnik wagowy promieniowania R (jest to czynnik jakości promieniowania zależny od rodzaju i energii promieniowania; uwzględnia wielkość niszczącego wpływu biologicznego na tkankę promieniowania określonego rodzaju; w przeszłości (ICRP 26 z 1977 r.) posługiwano się współczynnikiem Q (ang. quality factor); wartość tego współczynnika może być nieco różna w różnych krajach w zależności od arbitralnych regulacji prawnych w danym kraju).

Promieniowanie w postaci cząstek powoduje większe uszkodzenia w tkance biologicznej, niż promieniowanie fal elektromagnetycznych w odniesieniu do takiej samej porcji energii zaabsorbowanej przez materiał biologiczny. Generalnie promieniowanie bardziej przenikliwe zwykle jest równocześnie mniej jonizujące, zatem zdolność do jonizacji rośnie, a przenikliwość maleje w szeregu γ, X, β, α (oczywiście dokładne zdolności co do jonizacji i przenikliwości będą też zależały od energii, jaką ze sobą niosą dane cząstki lub promieniowanie elektromagnetyczne). Wynika z tego, że promieniowanie alfa (jądra helu) chociaż mało przenikliwe (zatrzymywane przez kartkę papieru) będzie bardzo szkodliwe w przypadku dostania się do wnętrza organizmu lub ew. bezpośrednio na skórę.

Jeśli pole promieniowania składa się z różnych rodzajów promieniowania o różnych energiach, którym odpowiadają różne współczynniki wagowe w_R, to całkowity równoważnik dawki H_T jest dana jako:
 
 
 Jednostką dawki równoważnej w układzie SI jest siwert (Sv). Jeden siwert odpowiada jednemu dżulowi na kilogram:

1Sv = 1 J/kg= dżul/kilogram

Jednostka 1Sv dowolnego promieniowania jądrowego odpowiada takiej dawce pochłoniętej przez organizm, która wywołuje w nim skutek biologiczny taki, jak dawka pochłonięta równa 1Gy promieniowania X lub gamma, dla których w_R=1. Nie wszystkie organy i narządy są jednakowo wrażliwe na promieniowanie. Wymaga to stosowania odpowiednich poprawek przy prawidłowym obliczaniu dawki. Dodatkowe poprawki należy uwzględniać również w przypadku wewnętrznych skażeń promieniotwórczych, które rozmieszczają się w organizmie w sposób niejednorodny. W przypadku napromieniowania pochodzącego od różnych cząstek, dawka całkowita jest sumą dawek wyrażonych w sivertach. Przy napromieniowaniu mającym miejsce w dłuższym okresie czasu należy posługiwać się pojęciem mocy równoważnika dawki,  którą wyraża się w Sv/h lub w starszych jednostkach rem/h.

6

SPOSOBY DETEKCJI i POMIARU PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO

Sposobów detekcji i pomiaru promieniowania jonizującego jest dużo. Oto kilka wybranych przykładów:
•Licznik Geigera - gazowy detektor promieniowania jonizującego. przelatująca przez licznik cząstka jonizuje atomy (cząsteczki) gazu. Uwolnione w procesie jonizacji elektrony, a także elektrony wybite przez jony z katody, przyspieszane w polu elektr. wywołują dalsze akty jonizacji i w konsekwencji wyładowanie lawinowe. Dopiero po wygaszeniu wyładowania (liczniki Geigera-Mllera są licznikami samogaszącymi) może być zarejestrowana następna cząstka. Powstałym podczas wyładowania impulsom prądu elektr. odpowiadają impulsy napięcia na rezystorze, które następnie są zliczane. Kształt i amplituda impulsu wyjściowego nie zależy od energii i rodzaju rejestrowanej cząstki;
•detektory cząstek - urządzenia do rejestracji cząstek elementarnych i jonów, pomiaru ich pozycji przejścia, prędkości, energii oraz do ich identyfikacji;
•detektory śladowe - pozwalają na rekonstrukcję torów cząstek na podstawie śladów, np. jonów lub związków chemicznych, pozostawionych w ośrodku detektora (umieszczone w polu magnetycznym umożliwiają — poprzez pomiar krzywizny toru — wyznaczenie znaku ładunku oraz pędu cząstki);
•komora jonizacyjna - między elektrodami (zazwyczaj 2 równoległe płaszczyzny przewodnika) panuje taka różnica potencjałów, że wszystkie jony i elektrony powstałe podczas pierwotnej jonizacji wywołanej przejściem cząstki są wychwytywane, a pole elektr. jest na tyle niskie, że nie występuje jonizacja wtórna (bywa wypełniona cieczą);

Obecnie podstawową rolę w fizyce wysokich energii i fizyce jądrowej odgrywają detektory, które pozwalają na szybką (10-7-10-9 s) detekcję cząstek, charakteryzują się krótkim czasem martwym (10-5-10-8 s) i umożliwiają elektronom przetwarzanie pierwotnego sygnału. Takie detektory są zazwyczaj łączone w zespoły (zw. detektorami hybrydowymi) złożone z wielu typów detektorów do detekcji różnorodnych cząstek w szerokim obszarze energetycznym.

Wielkość dawki jaką ludzie w ciągu roku otrzymują z różnych źródeł promieniowania określa całkowita roczna dawka efektywna. W 2002 roku średnia jej wartość dla mieszkańca Polski wyniosła 3,36 mSv. Największy udział w tej dawce ma promieniowanie naturalne (74,0%) oraz promieniowanie stosowane w diagnostyce medycznej (25,3%).

7

Skutki biologiczne oddziaływania promieniowania

"U podstaw szkodliwego oddziaływania promieniowania jądrowego na organizm ludzki leżą procesy jonizacji zachodzące w komórkach organizmu pod wpływem promieniowania. Cząstki naładowane oddziaływując z tkankami organizmu, powodują jonizację bezpośrednio, natomiast cząstki nienaładowane (neutrony, kwanty gamma) w wyniku oddziaływania powodują powstanie cząstek naładowanych (p, e), które następnie wywołują jonizację. Neutrony szybkie powodują powstanie w substancji protonów, a neutrony termiczne wywołują w substancji reakcje jądrowe, w wyniku których powstają fotony, cząstki naładowane i jądra promieniotwórcze. Jonizacja może naruszać istotną strukturę komórki lub może oddziaływać pośrednio poprzez reakcje chemiczne, które zapoczątkowuje. W drugim przypadku podstawowe znaczenie ma zapoczątkowane przez jonizację zjawisko radiolizy wody  (zawartość wody w organizmie człowieka wynosi około 70%)  prowadzące do pojawienia się wysoce aktywnych chemicznych rodników
 i
. Ich obecność może spowodować zaburzenia przemian metabolicznych organizmu (czynności enzymatycznych, syntezy białek itp.). Komórka reaguje na promieniowanie różnie w różnych okresach swego rozwoju, najłatwiej ulegając uszkodzeniu we wczesnych fazach."

Istnieje pojęcie toksyczności określonego typu cząstki radioaktywnej. Toksyczność takiej cząstki wzrasta z liniowym przekazem energii, LPE i tym większa, im więcej par jonów produkuje ona na danym odcinku swojej drogi w ciele. Nawet jeśli dwa różne rodzaje cząstek naładowanych wytwarzają te same dawki w radach, to mogą one mieć różne radiotoksyczności jeśli ich LPE są różne, gdyż  toksyczność zależy od rozkładu jonizacji wzdłuż trajektorii cząstek. Współczynnik wagowy promieniowania w_R  stosowany w definicji równoważnika dawki zazwyczaj wzrasta ze wzrostem LPE, stąd Sv (dawniej rem) jest jednostką uwzględniającą stopień toksyczności promieniowania.

  Można wyróżnić trzy rodzaje efektów działania biologicznego promieniowania:

1. "Efekty somatyczne - polegają na uszkadzaniu radiacyjnym komórek podtrzymujących procesy życiowe; mogą one przejawiać się wprost w ciele napromieniowanego osobnika po kilku minutach lub tygodniach, a nawet później - po latach. Związane są one z pewną progową liczbą aktów jonizacji, powyżej której komórka nie jest już zdolna do regeneracji. Największą rolę odgrywają tutaj ciężkie cząstki naładowane.

2. Efekty genetyczne - występują przy uszkodzeniach komórek odpowiedzialnych za przekazywanie cech dziedzicznych; przejawiają się one statystycznie w całej populacji.

3. Efekty spowodowane uszkodzeniami radiacyjnymi płodu - uszkodzają embrion we wczesnym stadium rozwoju; wskutek takich uszkodzeń mogą pojawiać się różne zwyrodnienia organizmów."

Większość efektów popromiennych u istot żywych ujawnia się dopiero po pewnym czasie, tzw. okresie utajenia.

"W przypadku komórek somatycznych działają mechanizmy naprawcze, po pewnym czasie uszkodzone cząsteczki mogą zostać usunięte i zastąpione nową cząsteczką. Natomiast fatalne konsekwencje są w przypadku komórek rozrodczych, skutki modyfikacji są utrwalone, nieodwracalne."

Ponadto wyróżniamy skutki stochastyczne i niestochastyczne promieniowania:

Skutki stochastyczne są skutkami, które pojawiają się na zasadzie przypadkowej i są niezależne od wielkości dawki. Skutek stochastyczny typowo nie ma określonego progu i jest oparty na prawdopodobieństwie, z szansami pojawienia się skutku wraz ze zwiększaniem dawki. Skutkiem stochastycznym oddziaływania promieniowania są nowotwory.

Skutki niestochastyczne są skutkami, które mogą być odniesione bezpośrednio do otrzymanej dawki. Skutek jest bardziej ciężki, gdy dawka jest większa, czyli. oparzenia popromienne są cięższe wraz ze zwiększaniem dawki. Zwykle określa się próg poniżej którego dany skutek nie występuje. Poparzenie skóry wywołane promieniowaniem jest skutkiem niestochastycznym.

0 - 0,25 Sv Brak objawów.

0,25 - 0,50 Sv Zmiany obrazu morfologicznego krwi.

0,50 - 1,0 Sv Słabe objawy chorobowe, zmiany w krwi, możliwość wystąpienia skutków w późniejszym okresie.

1,0 - 2,0 Sv Objawy chorobowe, bóle głowy, mdłości, osłabienie.

2,0 - 3,0 Sv Ciężkie objawy kliniczne, śmiertelność w 25% przypadków.

3,0 - 5,0 Sv Choroba popromienna. Śmiertelność w 50% przypadków.

5,0 - 7,0 Sv Uszkodzenia szpiku i organów wewnętrznych. Śmiertelność 100% do kilkudziesięciu dni.

8

Radioterapia jest metodą leczenia wielu chorób, nie tylko nowotworów. Zasadą tej metody jest wykorzystywanie do celów leczniczych silnych dawek promieniowania, które niszczą chore tkanki lub zmieniają ich aktywność bez ich niszczenia. Radioterapia polega zwykle na skierowaniu cienkiej wiązki promieni na tę część ciała, którą mamy leczyć. Czas wykonywania napromieniania jest różny, w zależności od rodzaju leczonej choroby. Niestety, radioterapia nie jest metodą nieszkodliwą, szczególnie jeżeli jest stosowana w celu niszczenia tkanek, gdyż mimo zapewnień, nie zawsze można uniknąć jednoczesnego niszczenia tkanki zdrowej, która leży wokół nowotworu, to zaś ma określone, szkodliwe następstwa. Przykrym objawem wtórnym jest wypadanie włosów, jednak po zakończeniu leczenia włosy zwykle odrastają.
Polega ona na zastosowaniu promieniowania jonizującego (promieni gamma, Roentgena, radu czy nawet kobaltu) do wyniszczania komórek rakowych. Aby odpowiednio zastosować napromieniowanie należy dokładnie ustalić dawkę oraz pole naświetlań w celu zminimalizowania uszkodzenia zdrowych tkanek. Zajmują się tym onkolodzy radioterapeuci.
Radioterapia ma podział na brachyterapię oraz teleradioterapię. Dzielone są ze względu na źródło ich promieniowania. Celem brachyterapii jest umiejscowienie promieniowania w guzie czy jamie ciała w jego obszarze. Natomiast teleradioterapia posługuje się wiązką promieniowania z zewnątrz.
W wielu chorobach, np. przy raku tarczycy można izotopy promieniotwórcze podawać dożylnie bądź doustnie.
Niestety zastosowanie radioterapii jest powiązane z pojawieniem się skutków ubocznych. Nie można ich wyeliminować. Są skutkiem niekorzystnego działania promieniowania na komórki, które są zdrowe. Ich nasilenie jest zależne od dawki promieniowania. Aczkolwiek już przy minimalnych dawkach promieniowanie doprowadza do uszkodzenia szpiku kostnego. Natomiast przy większych dawkach uszkodzeniom ulegają narządy wewnętrzne a głównie przewód pokarmowy. Wcześniej przy bardzo dużych dawkach, które na szczęście nie są już stosowane w lecznictwie, miało miejsce nawet uszkodzenie układu mózgowo - naczyniowego.

Autoradiografia, metoda obrazowania rozkładu substancji promieniotwórczych, najczęściej w płaskim przedmiocie. W najprostszym przypadku autoradiografię wykonuje się, pozostawiając na pewien czas kliszę rentgenowską przyłożoną ściśle do przedmiotu.

Wywołana klisza ujawnia rozkład substancji promieniotwórczych w przedmiocie (autoradiogram). W technice autoradiografii oprócz klisz rentgenowskich można wykorzystywać również inne systemy detekcji promieniowania.

Scyntygrafia jest metodą uzyskiwania obrazu narządów, a przede wszystkim oceny ich czynności, przy pomocy niewielkich dawek izotopów promieniotwórczych (radioznaczników). Izotopy podawane są zwykle bezpośrednio do naczyń, wyjątkowo doustnie. Istnieją specjalne monogramy i wzory, na podstawie których oblicza się dawkę izotopu w zależności od masy i powierzchni ciała. Najczęściej używanym radioizotopem jest technet-99m, rzadziej używa się jodu-131, talu-201 i galu-67. Izotopy te zwykle są związane z odpowiednio dobranymi związkami chemicznymi powodującymi gromadzenie się ich w tym, a nie w innym narządzie.

Badanie izotopowe nie jest badaniem niebezpiecznym. Pochłonięta dawka nie przekracza dwukrotności dawki rentgenowskiego badania płuc, a w niektórych przypadkach jest zdecydowanie mniejsza. Badania izotopowe nie stwarzają wymiernego zagrożenia dla domowników osoby poddanej badaniu. Badania izotopowe nie są badaniami drogimi. Ich koszt jest nieco wyższy od badań ultrasonograficznych, a znacznie niższy od tomografii komputerowej i rezonansu magnetycznego.

Podstawową zaletą metod izotopowych jest badanie czynności narządu: przepływu krwi, filtracji moczu pierwotnego, przepływu żółci w przewodach wątrobowych itp. Zatem, o ile techniki rentgenograficzne lepiej obrazują strukturę narządu, trudno o lepszą technikę diagnostyczną niż metody izotopowe w badaniu funkcji narządów wewnętrznych. Ponadto, badania izotopowe pozwalają niejednokrotnie uniknąć wykonania badań radiologicznych obarczonych ryzykiem powikłań - połączonych z cewnikowaniem naczyń lub podawaniem jodowych środków kontrastowych (arteriografia, cholangiografia, koronarografia, urografia). Szczególnie przydatnymi badaniami izotopowymi są:

Perfuzyjna i wentylacyjna scyntygrafia płuc w ocenie zaburzeń krążenia płucnego, w tym zatorowości płucnej. Perfuzyjna scyntygrafia mięśnia sercowego, jako badanie selekcjonujące i poprzedzające koronarografię (angiografia naczyń wieńcowych. Statyczna scyntygrafia wątroby w rozpoznawaniu i nadzorze przebiegu przewlekłego zapalenia wątroby. Izotopowe badania nerek w rozpoznawaniu nerkowego tła nadciśnienia.

izotopowego rozcieńczenia metoda, jedna z metod analizy radiochemicznej; polega na dodaniu do badanej próbki znanej ilości izotopu promieniotwórczego oznaczanego pierwiastka chem.; po wymieszaniu, z całości wydziela się frakcję — część oznaczanego składnika (wraz z dodanym izotopem); ze zmiany aktywności właściwej izotopu mierzonej przed i po wydzieleniu frakcji oblicza się zawartość pierwiastka w próbce; metoda służy do oznaczania masy i objętości wtedy, gdy nie jest możliwe wydzielenie oznaczanego składnika z mieszaniny, np. oznaczenie objętości krwi w żywym organizmie.

---