Les rayonnements sont des « projectiles énergétiques » invisibles, éjectés de leur noyau à des vitesses très élevées : environ 20 000 km/s pour les alpha, jusqu’à 290 000 km/s pour les bêta, et 300 000 km/s, soit la vitesse de la lumière, pour les gamma.

Ces vitesses leur confèrent une très grande énergie qu’ils vont perdre progressivement, car ils subissent de multiples chocs ou freinages en traversant la matière. Ils ionisent les atomes rencontrés au passage en leur arrachant des électrons périphériques : c’est pourquoi on les appelle « rayonnements ionisants ».

Pour arracher des électrons aux atomes, il est nécessaire que l’énergie individuelle des photons ou des particules soit supérieure à l’énergie de liaison minimale des électrons des atomes (ex. 13,6 eV pour l’hydrogène). Une particule crée des milliers d’ionisations sur son passage, mais la densité d’ionisation (nombre d’ionisations causées par unité de longueur de parcours) varie énormément avec le type de particule et son énergie. Par exemple, sur un parcours de 1 μm d’eau, une particule alpha de 5 MeV va provoquer 5000 ionisations, une particule bêta de 2 MeV va créer 10 ionisations et un rayon gamma va indirectement engendrer 1 à 2 ionisations.

Parcours des rayonnements ionisants : Les particules chargées (alpha, bêta) ont des trajets assez courts dans la matière. Par contre, les photons, grains d’énergie sans masse et sans charge ont des trajets beaucoup plus longs car ils n’intéragissent que de loin en loin avec la matière.

Utilisation des rayonnements :

	Alpha	Électron (Bêta moins)	Gamma
Charge	+2	-1	neutre
Ionisation	Directe	Directe	Indirecte
Parcours dans l’air (ordre de grandeur)	2 cm	2 m	> 100 m
Parcours dans les tissus vivants (ordre de grandeur)	50 µm	5 mm	> 30 cm

On imagine bien que l’utilisation des rayonnements dans le domaine médical va dépendre, entre autres, du type d’émetteur (alpha, bêta, gamma) et, pour chaque type, de l’énergie du rayonnement. Ainsi :

• Le technétium 99m (m pour métastable) est un émetteur gamma pur. L’énergie de ses photons gamma, 142 keV, est suffisante pour traverser les tissus vivants, et suffisamment faible pour être détectée efficacement par la gamma-caméra. Il est utilisé en imagerie pour le diagnostic (scintigraphie).
• L’yttrium 90 est un émetteur bêta pur. Ses électrons de 2,3 MeV ionisent fortement la matière vivante sur un parcours de l’ordre de 10 mm. L’astate 211 est un émetteur de particules alpha de 5,9 MeV ionisant très fortement la matière vivante sur un parcours de l’ordre de 70 μm. L’yttrium 90 et l’astate 211 sont utilisés en radiothérapie vectorisée pour le traitement 
• de petites tumeurs (l’ionisation altère les molécules d’ADN qui sont ainsi incapables de se reproduire ; il s’agit d’une sorte de « stérilisation »).

Nota : bien d’autres considérations entrent en jeu pour le choix des radioisotopes d’intérêts médicaux : la période, la toxicité chimique (du père et du fils), la facilité de vectorisation (marquage des molécules), etc.