Na física, radiação é a emissão ou transmissão de energia na forma de ondas ou partículas através do espaço ou de um meio material. O termo abrange:
A radiação eletromagnética, constituída por fótons, como as ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e radiação gama, γ.
A radiação corpuscular, constituída por partículas com energia de repouso diferente de zero, como a radiação alfa, α, a radiação beta, β, a radiação de prótons e a radiação de nêutrons.
A radiação acústica, como o ultrassom, o som e as ondas sísmicas, que dependem de um meio material para se propagar.
A radiação gravitacional, na forma de ondas gravitacionais, que são ondulações no espaço-tempo.
Radiação não é sinônimo de radioatividade. A radioatividade é a propriedade de núcleos instáveis de se transformarem espontaneamente com emissão de radiação, e a atividade de uma amostra mede a taxa dessas transformações. A radiação também pode ser produzida sem o uso de material radioativo, como ocorre em geradores de raios X e aceleradores de partículas.
A distinção entre ondas e partículas tem limites na mecânica quântica. A luz pode produzir padrões de interferência e ser detectada em unidades discretas, os fótons. Feixes de elétrons também podem produzir interferência, embora cada elétron seja detectado individualmente. Esse comportamento é chamado de dualidade onda-partícula.
A radiação costuma ser classificada como ionizante ou não ionizante, conforme sua capacidade de produzir íons na matéria. A energia necessária para ionizar um átomo ou uma molécula depende da espécie e de seu estado. Valores da ordem de 10 elétrons-volt, eV, são uma aproximação, não um limiar universal. A ionização também pode ocorrer indiretamente, pela ação de partículas secundárias. Alterações em ligações químicas e danos biológicos podem ocorrer sem ionização. Uma fonte comum de radiação ionizante são os materiais radioativos, que emitem radiação α, β ou γ, constituída, respectivamente, por núcleos de hélio, elétrons ou pósitrons, e fótons. Outras fontes são os raios X usados em exames de radiografia e os múons, mésons, pósitrons, nêutrons e outras partículas dos raios cósmicos secundários, produzidos quando os raios cósmicos primários interagem com a atmosfera terrestre.
Os raios gama, os raios X e a faixa de maior energia do ultravioleta compõem a parte ionizante do espectro eletromagnético. Ionizar um átomo significa retirar dele um ou mais elétrons, processo que exige as energias relativamente altas dessas ondas eletromagnéticas. Na parte de menor energia do ultravioleta, a absorção de fótons pode danificar moléculas mesmo sem ionizá-las. A queimadura solar é um exemplo de dano causado por ultravioleta não ionizante. A luz visível, o infravermelho e as micro-ondas têm maior comprimento de onda e menor energia por fóton. Sua absorção pode provocar excitação eletrônica, movimentos moleculares ou aquecimento, conforme a frequência e o material. A transferência de energia por radiação térmica é uma forma de transferência de calor. As ondas de rádio de baixa intensidade geralmente não provocam danos biológicos, embora exposições intensas possam aquecer e lesar os tecidos. Os efeitos não têm limites perfeitamente definidos entre as faixas de frequência. A luz visível intensa, por exemplo, pode causar lesões fotoquímicas ou térmicas na retina.
A palavra "radiação" vem do fenômeno de ondas que se irradiam de uma fonte, ou seja, que se propagam para fora, em todas as direções. Esse comportamento permite estabelecer medidas e unidades físicas aplicáveis aos diferentes tipos de radiação. Para uma fonte pontual que emite igualmente em todas as direções, sem absorção ou espalhamento no percurso, a potência recebida por unidade de área diminui com o quadrado da distância à fonte, conforme a lei do inverso do quadrado. Para a radiação eletromagnética, essa grandeza é a irradiância. A aproximação de fonte pontual exige distâncias grandes em relação às dimensões da fonte.
A radiação eletromagnética pode ser produzida por processos físicos diferentes. Cargas elétricas aceleradas emitem ondas eletromagnéticas, princípio usado nas antenas de transmissão. Elétrons de alta energia desacelerados ao atingir um material produzem Bremsstrahlung, enquanto partículas carregadas desviadas para trajetórias curvas podem emitir radiação síncrotron.
Transições de elétrons entre níveis de energia também liberam fótons. Uma transição para uma camada eletrônica interna pode produzir raios X característicos. Núcleos excitados podem liberar energia na forma de fótons gama, e decaimentos nucleares também podem emitir partículas alfa ou beta.
A radiação com energia suficiente pode ionizar átomos, arrancando elétrons e formando íons. Quando um elétron é removido da eletrosfera, o átomo fica com carga elétrica líquida positiva. Esse processo pode danificar células vivas e seu DNA, e a exposição à radiação ionizante aumenta o risco de câncer. A categoria "radiação ionizante" reúne formas de radiação corpuscular e eletromagnética capazes de produzir ionização. Uma única célula contém trilhões de átomos, mas apenas uma pequena fração deles é ionizada em exposições de intensidade baixa ou moderada. O risco de desenvolvimento de câncer depende da dose absorvida, da taxa de dose, do tipo de radiação e dos tecidos irradiados, além de fatores como a idade da pessoa exposta. A dose equivalente e a dose efetiva são grandezas usadas na proteção radiológica para considerar o tipo de radiação e a sensibilidade dos tecidos.
Quando a fonte é um material radioativo ou um processo nuclear, como a fissão ou a fusão, também pode haver emissão de radiação corpuscular. Ela é formada por partículas subatômicas que transportam energia e momento linear, algumas a velocidades próximas à da luz. Partículas carregadas podem ionizar a matéria por interações elétricas com os elétrons dos átomos. Os nêutrons não têm carga elétrica e provocam ionização indiretamente, por meio dos produtos de suas interações nucleares. Entre as partículas emitidas estão as partículas alfa, as partículas beta, os nêutrons e os prótons. Nas energias usuais de decaimento radioativo, partículas alfa e beta geralmente têm menor alcance que os raios X e gama. Não existe, porém, uma ordem de penetração válida para todas as energias e materiais.
Grande parte da radiação ionizante vem de materiais radioativos e do espaço, na forma de raios cósmicos. Ela está presente no ambiente, pois a maioria das rochas e dos solos contém pequenas concentrações de materiais radioativos. Como é invisível e não pode ser percebida diretamente pelos sentidos humanos, sua detecção costuma exigir instrumentos, como o contador Geiger. Em certas situações, a interação com a matéria produz luz visível, como no efeito Cherenkov e na radioluminescência.
A radiação ionizante tem aplicações na medicina, na pesquisa e na construção, mas oferece riscos à saúde quando usada de maneira inadequada. A exposição pode danificar tecidos vivos. Doses elevadas de radiação penetrante recebidas pelo corpo inteiro ou por grande parte dele em pouco tempo podem causar síndrome aguda da radiação, com danos à medula óssea, ao sistema digestório e, nos casos mais graves, morte. A exposição intensa também pode provocar lesões localizadas, como queimaduras e queda de cabelo. Mesmo doses menores podem aumentar a probabilidade de câncer e de danos genéticos. O câncer de tireoide merece atenção quando a exposição envolve produtos de fissão de armas ou reatores nucleares, pois o iodo-131 radioativo pode se acumular nessa glândula. A estimativa exata do risco de câncer envolve incertezas. Entre os dados usados estão os de pessoas expostas aos bombardeamentos de Hiroshima e Nagasaki e os do acompanhamento de acidentes em reatores, como o acidente nuclear de Chernobil. A Comissão Internacional de Proteção Radiológica reconhece as "incertezas e a falta de precisão dos modelos e dos valores dos parâmetros". A comissão afirma que "a dose efetiva coletiva não se destina a ser uma ferramenta de avaliação de risco epidemiológico, e seu uso em projeções de risco é inadequado" e que, em particular, "deve-se evitar o cálculo do número de mortes por câncer com base em doses efetivas coletivas resultantes de doses individuais triviais".