带电粒子与物质的相互作用

带电粒子进入任一种吸收介质后，就立 即同时与许多电子相互作用，在任一次 这样的相互作用中，电子当粒子从其附 近经过时都受到一次库伦引力的冲击。 根据相互作用的接近程度，这种冲击可 能使电子升至吸收体原子中的较高位壳 层（激发）或使电子完全脱离原子（电 离）。
传递给电子的能量必然来自带电粒子，隐刺带电粒子的速度 由于相互作用而降低，在一次碰撞中，质量为m、动能为E的 带电粒子传递给质量为me的电子的最大能量为4Eme/m，即 大约为每个核子的粒子能量的1/500，由于这是总能量ห้องสมุดไป่ตู้很小 的一部分，初级粒子经过吸收体时，一定是通过许多次这样 的相互作用才损失掉它的能量。在任何时刻，带电粒子都是 在与许多电子相互作用，因此总效果是粒子速度不断降低， 知道粒子被阻止。
与重带电粒子相比，快电子的射程的概念不太明
确，因为电子的总路程的长度比沿初始速度方向穿 透的距离大得多。通常，电子的射程是从图中那样 的曲线将末端直线部分外推到零求得的，它表示几 乎没有电子能穿透的吸收体厚度。
式中分子中的因子E和Z2表明，对于 电子能量较高呵呵吸收体材料原子序 数较大的情况，辐射损失是最重要的。 在一般情况下，轫致辐射光子的平均 能量是十分低的。
电子的总线性组织本领是碰撞损失和轫致 辐射损失之和
两种比能损失之比近似为：
单能电子的射程和透射曲线
由于电子散射使它显著地偏离入射方向，因此被测 到的电子数与吸收体厚度的关系曲线起始就下降， 而在吸收体厚度大时渐渐趋于零，穿透最大吸收体 厚度的那些电子是在它们经过吸收体的路径中改变 初始方向最小的那些电子
带电粒子与物质的相互作用
带电粒子主要分为两种，一是重带电粒子（特征穿 透距离≈10-3m），二是快电子（特征穿透距离≈108m）。带电粒子与电荷借助库仑力不断地与所经过的 介质中的电子或原子核相互作用，从而损失能量，当介 质厚度足够时，最后沉积再介质中。
重带电粒子与物质的相互作用
重带电粒子（如α粒子）与物质的相互 作用主要是通过它们的正电荷与吸收体原 子中轨道电子的负电荷之间的库仑力。虽 然重带电粒子也可能与和核发生相互作用 （如卢瑟福散射或α粒子引起的核反应）， 但是这种相互作用很少发生，因而它们大 多数情况下并不重要，可以忽略掉。
为了描述快电子由于电离和激发引起的比能损失 （“碰撞损失”），Bethe也推出类似重带电粒子比能损 失的公式。
式中符号意义与前式相同。
电子与重带电粒子也不同，除经过库伦相互作用以外，还能 经过辐射过程损失能量。这些辐射损失的形式是轫致辐射， 及电磁波，它可以从电子径迹的任何位置发出。根据经典理 论，电子被加速时必然发射能量，而电子与吸收体相互作用 而偏转时相当于这种加速，经过这样辐射过程的线性比能损 失为
快电子与物质的相互作用
与重带电粒子相比，快电子能量损失较慢，而且 通过吸收材料的径迹曲折得多，单能电子源的一组径 迹可能如下图示意图所示，电子路径这里可能发生较 大的偏转是因为电子的质量等于与之相互作用的轨道 电子的质量，从而在单次碰撞中电子可能损失其很大 部分能量，此外，有时还发生能急剧改变电子方向的 电子——核子相互作用。
粒子的相对论速度 。
c
为粒子的洛仑兹因子。 I 为介质原子 的平均激发能， Tmax 为一次碰撞中可能传递给一个 自由电子的最大动能。
带电粒子的比能损失沿其径迹的变化曲线（如图所示）称为 Bragg曲线。这个例子是对初始能量为几MeV的α粒子的。在径 迹的绝大部分，α的电荷是两个电子的电荷，比能损失粗略的随 1/E增加，如同Bathe公式预计的一样，接近径迹末端时，α粒子 的电荷由于拾取电子而减少，Bragg曲线现将下降。
重带电粒子由于本身质量很重，不容易通过碰撞改变运动 方向，其径迹如图所示，除末尾以外，径迹相当平直。因 此重带电粒子可以用在某一吸收物质中的一定射程来表征， 这个射程的表示没有粒子穿透到这个距离以外。
重带电粒子的比电离损失
用经典方法或者量子力学方法可以求得，重带电粒子 穿过厚度为 dx 的介质层，与介质原子电子的碰撞所丢 失的能量可以用 Bethe-Bloch 公式来描述：
dE / dx(MeV / g ⋅ cm 2 ) 称为带电粒子的比电离损失(粒子在 单位质量厚度的介质中损失的能量)，其前面的负号表示粒子 的能量不断减小。
k = 4πNavore2mec2 ，是由普适常数阿佛加德罗常数
N数a值vo k，=电0.3子0的70经5(M典e半V 径·mroe l，⋅c电m子2 )的，质量mV是e组入成射，带其电