Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом

К тяжелым заряженным частицам относятся a-частицы и протоны. При взаимодействии с веществом они теряют большую часть своей энергии в результате неупругих кулоновских столкновений с атомами вещества, вызывая их ионизацию и возбуждение. За счет данных процессов происходит непрерывный процесс замедления заряженных частиц, поскольку в каждом соударении теряется некоторая часть энергии и частица отклоняется на очень малый угол. Известно, что максимальное значение угла рассеяния для тяжелых заряженных частиц .

Для значительной области энергией частиц ее потери в результате упругого кулоновского рассеяния на ядрах, малы по сравнению с ионизационными, что связано с малой вероятностью рассеяния заряженных частиц на большие углы. Тяжелые заряженные частицы обладают большой ионизирующей и малой пропускной способностью. Пробег a-частиц в воздухе составляет около 11 см, в более плотных средах еще меньше. Так в мягких тканях человека пробег измеряется микронами.

Ионизационные потери энергии.На основе классической механики Бор оценил удельные потери энергии заряженными частицами в результате взаимодействия с электронами. Он получил следующее выражение для полной потери энергии на единицу пути в результате взаимодействия со всеми электронами:

(1.1)

С учетом квантомеханических и релятивистских эффектов Бете получить более точное выражение для средней энергии потерянной частицей на единице пути:

(1.2)

где . Величину называют тормозной способностью вещества.

Данные расчет справедливы для частиц с высокими скоростями, поскольку при малых скоростях возможны захваты и потери электронов заряженными частицами. Этот процесс учитывался в выражении (1.2).