Ионизирующие излучения, которые в просторечии именуются словом "радиация", характеризуются тем, что составляющие его частицы или кванты, взаимодействуя с веществом, вызывают многократную ионизацию его атомов и молекул. При этом энергия, переданная иону, как правило, достаточна для вторичной ионизации, а часто и для целого каскада ионизаций. Ионизация означает не только рождение иона, но и разрушение молекулы, в которую входил атом, ставший ионом. Если говорить о живом веществе, то это разрыв молекул биополимеров -- прежде всего нуклеиновых кислот и белков, разрушение и повреждение клеточных мембран.
В отличие от ультрафиолетового излучения, действующего лишь на тонкий поверхностный слой кожи и не проникающего глубже, гамма- и нейтронное излучение способны проникать в самые глубокие части организма. Бета-излучение не проникает глубоко и поражает главным образом кожу и роговицу глаз, чем подобно УФ-излучению, а альфа-частицы и вовсе не способны проникнуть в тело. Но -- до тех пор, пока радиоактивный изотоп не попал внутрь организма. В этом случае при равной поглощенной энергии альфа-частицы в 20 раз опаснее гамма-излучения.
При больших дозах облучения разрушения, создаваемые ионизирующими излучениями, велики. Клетка может погибнуть из-за сильного разрушения ее структур вплоть до невозможности их функционирования, из-за отравления продуктами радиолиза, и, наконец, из-за повреждения генетического аппарата. Существенные и неустранимые повреждения вызывают активацию системы безопасной самоликвидации клетки -- апоптоза, тогда как менее фатальные запускают процессы восстановления структур клетки и прежде всего ее генетического аппарата. Однонитевые разрывы молекулы ДНК система репарации восстанавливает в большинстве случаев точно, а при разрыве обоих нитей возникают различные мутации.
Малые дозы облучения не вызывают нарушения функционирования клеток -- отдельные случаи повреждения структур клетки быстро устраняются. Некоторые случаи взаимодействия излучения с ДНК приводят к возникновению мутаций, количество которых практически пропорционально дозе. Иногда мутации вызывают перерождение клеток в раковые и таким образом наиболее существенный эффект малых доз облучения -- это повышение частоты раковых заболеваний. Неизвестно, сохраняется ли пропорциональность частоты мутаций и онкологии от дозы вплоть до доз, характерных для природного облучения, так как фоновая частота этих процессов значительно выше, чем ожидаемая частота мутаций и случаев рака от природного фона. Данные эффекты носят название стохастических. Вероятность их проявления пропорциональна дозе, однако их тяжесть от дозы не зависит.
Достаточно большие дозы (у человека -- свыше 1 грея -- дозы, соответствующей поглощением 1 Дж энергии каждым килограммом живой ткани) уже вызывают функциональные нарушения, которые возникают всегда и дозозависимы: чем больше доза, тем более выражены нарушения. Они связаны с рядом причин: гибелью наиболее чувствительных клеток костного мозга, а при больших дозах -- эпителия кишечника, интоксикацией вследствие накопления в организме продуктов радиолиза и продуктов распада погибших клеток, изменениями работы поврежденных, но не погибших клеток. Развивается лучевая болезнь -- состояние, характеризующееся угнетением кроветворения, а при больших дозах -- повреждением эпителия внутренних органов, проходящими на фоне интоксикации и обменных нарушений. Очень большие дозы вызывают гибель нервных клеток, что приводит к немедленной смерти ("смерть под лучом").
