Ionisierung elektrisch neutraler Moleküle
Trifft ein \(\alpha\)- oder \(\beta\)-Teilchen bzw. ein \(\gamma\)-Quant auf ein Gas aus elektrisch neutralen Molekülen (in Abb. 1 grün dargestellt), so kann es diese Moleküle ionisieren. Dabei tritt das \(\alpha\)- oder \(\beta\)-Teilchen auf Grund seiner Ladung bzw. das \(\gamma\)-Quant mit einigen Gasmolekülen auf Grund seiner Energie in Wechselwirkung. Das Molekül wird durch die Wechselwirkung ionisiert und es entsteht ein Elektron (blau) - Ionen (rot) - Paar.
Modellhaft optisch sichtbar wird die Ionisation von Molekülen durch Strahlung in Nebelkammern. Hier werden dort Nebelspuren sichtbar, wo ein \(\alpha\)- oder \(\beta\)-Teilchen andere Moleküle ionisiert.
Unterschiedliche Ionisationsfähigkeit, unterschiedliche Reichweite
Je nach Strahlungsart unterscheidet sich dabei allerdings, wie viele der elektrisch neutralen Moleküle beim Durchlaufen einer bestimmten Wegstrecke ionisiert werden. So gibt ein \(\alpha\)-Teilchen nahezu kontinuierlich Energie an die Moleküle in seiner Umgebung ab und ionisiert diese Moleküle. Daher ionisieren \(\alpha\)-Teilchen sehr viele Moleküle auf einer sehr kurzen Strecke (vgl. Abb. 1). Dies führt allerdings auch dazu, dass die \(\alpha\)-Teilchen nur eine sehr geringe Reichweite besitzen.
Auch \(\beta\)-Teilchen ionisieren Moleküle längs ihres Weges. Jedoch ionisieren \(\beta\)-Teilchen im Vergleich mit \(\alpha\)-Teilchen deutlich weniger Moleküle beim Durchlaufen einer bestimmten Wegstrecke - die Ionisationsfähigkeit ist geringer. Entsprechend ist aber auch die Reichweite von \(\beta\)-Strahlung größer, als die von \(\alpha\)-Strahlung.
\(\gamma\)-Quanten ionisieren hingegen nicht laufend auf ihrem Weg Moleküle. Im Vergleich mit \(\alpha\)- und \(\beta\)-Teilchen ionisieren \(\gamma\)-Quanten beim Durchlaufen einer bestimmten Wegstrecke deutlich weniger Moleküle. Die Ionisation findet dabei über einen der folgenden drei Prozesse statt: Photoeffekt, Compton-Effekt oder Paarbildung. Entsprechend haben \(\gamma\)-Quanten eine große Reichweite in Materie.
Ionisierung schädigt Gewebezellen
Durch die Ionisierung von Molekülen schädigt Strahlung auch Gewebezellen, die dann ihre Funktionsfähigkeit verlieren oder mutieren. Daher ist \(\alpha\)-, \(\beta\)- und \(\gamma\)-Strahlung sehr gefährlich für alle lebenden Organismen.