Ein Atom ist neutral. Trifft aber energiereiche Strahlung darauf, kann sie ein Elektron aus der Hülle herausschlagen. Zurück bleiben ein positives Ion und ein freies Elektron. Diesen Vorgang nennt man Ionisierung. Strahlung, die dazu genug Energie hat, heißt ionisierende Strahlung. Dazu gehören Alpha-, Beta- und Gammastrahlung sowie Röntgenstrahlung. Sichtbares Licht, Wärmestrahlung und Mobilfunk gehören nicht dazu. Für die Grenze zählt die Energie jedes einzelnen Teilchens, nicht die Gesamtmenge: Eine sehr helle Lampe ionisiert nichts.

Beim Ionisieren gibt die Strahlung Energie ab und wird dadurch gebremst. Das ist die Absorption.

Die Reichweite ist die Strecke, die Strahlung in einem Stoff zurücklegt, bevor sie ihre Energie abgegeben hat.

Alpha-Teilchen ionisieren auf kurzem Weg sehr oft. Sie verlieren ihre Energie dadurch schnell und bleiben schon in wenigen Zentimetern Luft stecken. Gamma- und Röntgenstrahlung wird nicht "aufgebraucht", sondern schrittweise geschwächt. Eine Schicht der Halbwertsdicke halbiert ihre Stärke, ähnlich wie die Halbwertszeit. Ganz stoppen kann man sie nie, nur sehr stark vermindern.

Im Körper löst Ionisierung chemische Veränderungen aus. Besonders folgenreich sind Schäden an der DNA, dem Erbgut der Zelle. Meist repariert die Zelle sie. Sonst stirbt die Zelle, oder sie verändert sich (Mutation) und kann später zu Krebs werden.

Bei sehr hoher Dosis in kurzer Zeit sterben so viele Zellen, dass die Strahlenkrankheit entsteht (Übelkeit, Blutbildveränderungen, bei mehreren Sievert ohne Behandlung oft Tod). Bei kleiner Dosis treten keine sofortigen Schäden auf, aber das Risiko für Spätfolgen wie Krebs steigt ein wenig. Für den Strahlenschutz nimmt man vorsichtshalber an, dass auch eine kleine zusätzliche Dosis das Risiko ein wenig erhöht.

Die Energiedosis $D$ ist die absorbierte Energie $E$ je Masse $m$ des bestrahlten Körpers. Ihre Einheit ist das Gray (Gy): 1 Gy = 1 J/kg.

Gleiche Energiedosis wirkt je nach Strahlungsart verschieden stark. Alpha-Teilchen schädigen auf kleinem Raum viel stärker. Darum bewertet man die Energiedosis mit einem Wichtungsfaktor $q$ und erhält die Äquivalentdosis $H$ in Sievert (Sv). Für Beta, Gamma und Röntgen ist $q = 1$, für Alpha $q = 20$. Üblich sind Millisievert (mSv, ein Tausendstel) und Mikrosievert (µSv, ein Millionstel). Berücksichtigt man zusätzlich, wie empfindlich die bestrahlten Organe sind, erhält man die effektive Dosis. Auf sie beziehen sich die Grenzwerte. Die Dosisleistung ist die Dosis pro Zeit, zum Beispiel in µSv/h.

Strahlung gibt es immer. Im Durchschnitt erhält eine Person in Deutschland etwa diese Dosis pro Jahr (die Werte sind gerundet und schwanken je nach Wohnort stark):

Die natürliche Dosis beträgt zusammen etwa 2 mSv. Die Medizin ist die größte künstliche Quelle. Ein Röntgenbild der Lunge bringt etwa 0,02 mSv, eine Computertomografie (CT) einige mSv bis über 10 mSv.

Grenzwerte gibt es für zusätzliche Dosen: In Deutschland dürfen Anlagen und Tätigkeiten der Bevölkerung nicht mehr als 1 mSv pro Jahr zumuten, beruflich Strahlenexponierten höchstens 20 mSv pro Jahr. Für Patienten gibt es keinen Grenzwert. Dafür muss der Arzt prüfen, ob der Nutzen das Risiko überwiegt.

Der Strahlenschutz hat vier Regeln:

• Abstand halten. Eine kleine Quelle strahlt nach allen Seiten, die Strahlung verteilt sich auf eine Kugelfläche, die mit dem Quadrat des Abstands wächst. Bei doppeltem Abstand ist die Dosisleistung ein Viertel, bei dreifachem ein Neuntel.
• Kurz aufhalten. Die Dosis ist Dosisleistung mal Zeit.
• Abschirmen. Je nach Strahlung mit Papier, Aluminium, Blei oder Beton (Bleischürze beim Röntgen).
• Aufnahme verhindern. Radioaktive Stoffe dürfen nicht auf die Haut, in die Atemluft oder in die Nahrung gelangen (Handschuhe, kein Essen und Trinken am Arbeitsplatz).

Wer mit Strahlung arbeitet, trägt ein Dosimeter, das die Dosis aufzeichnet. In der Schule dürfen nur Lehrkräfte mit sehr schwachen Präparaten arbeiten. Fasse nie ein Präparat an.

Röntgenstrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung mit sehr kurzer Wellenlänge, etwa $10^{-10}$ m. Wilhelm Conrad Röntgen entdeckte sie 1895. Sie entsteht in der Röntgenröhre: Eine Glühkathode sendet Elektronen aus. Eine Hochspannung von einigen zehn Kilovolt beschleunigt sie, und sie schlagen in eine Metallanode ein, zum Beispiel aus Wolfram. Dort werden sie abgebremst und senden Röntgenstrahlung aus, aber nur einen kleinen Teil ihrer Energie. Der Rest wird Wärme. Gammastrahlung entsteht im Kern, Röntgenstrahlung bei der Abbremsung von Elektronen und in der Hülle.

Auf einem Röntgenbild sieht man den Schatten des Körpers: Knochen absorbieren die Strahlung stark, Weichteile deutlich weniger. Bei einer Computertomografie nimmt ein Gerät viele Röntgenbilder aus allen Richtungen auf und rechnet daraus Schnittbilder.

In der Nuklearmedizin spritzt man schwach strahlende Stoffe mit kurzer Halbwertszeit (zum Beispiel Technetium-99m, etwa 6 Stunden), und eine Kamera erfasst die Gammastrahlung aus dem Körper. In der Strahlentherapie richtet man Strahlen aus mehreren Richtungen auf einen Tumor, damit er eine hohe Dosis erhält und das gesunde Gewebe wenig. Auch Iod-131 gegen Schilddrüsentumoren und das Sterilisieren von Instrumenten nutzen die Strahlung.