帶電粒子同物質的相互作用包括電子同物質的相互作用、輕離子同物質的相互作用、重離子同物質的相互作用等。根據碰撞參量（核與帶電粒子運動軌跡的最短距離）、入射粒子的動能、入射粒子的特性以及與之碰撞的原子或核的特性等，大致可以把帶電粒子同物質的相互作用分為電離或激發、核散射、核反應、原子位移、電子俘獲或丟失以及切倫科夫輻射等幾種類型。
基本介紹
- 中文名：帶電粒子同物質的相互作用
- 原理：重離子同物質的相互作用
- 分類：電離或激發
- 表現：切倫科夫輻射
正文,
正文
當碰撞參量可以與原子的線度相比較時，帶電粒子將與原子（或分子）的束縛電子發生非彈性碰撞。如果入射粒子傳遞的能量僅使電子躍遷到較高能級上，則稱為激發；如果電子獲得的能量大於它的束縛能，因而脫離原子殼層，則稱為電離。這兩種過程都導致了碰撞能量損失。
除電子外的帶電粒子（重帶電粒子），與電子入射的情況相比，發生大角度折射的幾率很小，因而其路徑一般接近直線。
由帶電粒子直接作用產生離子偶（離子和電子）的過程稱為初電離，某些被電離出來的電子具有足夠大的能量，在其路程上還能再次引起電離，這種電離稱為次電離。初電離和次電離構成了導致碰撞能量損失時的總電離。單位徑跡長度上的總離子偶數稱為比電離。形成一對離子偶（包括激發）所消耗的平均能量稱為平均電離能。一個能量為兆電子伏量級的帶電粒子，在其被完全阻止之前將經歷上萬次碰撞。
當碰撞參量小於原子半徑且可同核半徑相比較時，帶電粒子除了與電子發生相互作用外，還會與核發生核散射（包括彈性散射和非彈性散射）和核反應。
彈性散射 即庫侖散射。帶電粒子與核的相互作用幾率遠小於與電子的相互作用幾率（相差約10倍）。運動的帶電粒子通過物質時與原子（尤其是核）發生庫侖散射，導致入射粒子的偏轉。在質心繫，庫侖散射不損失能量，在實驗室系，為要保持動量守恆，粒子將損失其一部分動能。
軔致輻射軔致輻射譜是個連續譜，輻射光子的能量在零到帶電粒子總動能之間。由於輻射能量損失與帶電粒子的質量的二次方成反比，與靶材料的原子序數成正比,同電子比較，重帶電粒子的軔致輻射損失很小,只有在其能量很高時才不能忽略。
核反應 指的是當碰撞參量小於核半徑，某種帶電粒子的動能足夠大，使之克服靜電勢壘進入核內的情形。這種情形的發生取決於粒子的類型和能量。
當碰撞參量大於原子的線度時，帶電粒子將與作為整體看待的原子（核與核外電子的耦合系統）發生相互作用。當入射電子的能量低於激發能或重帶電粒子的速度≤0.03Zс時（Z是帶電粒子的原子序數，с是光速）,入射粒子將與原子相互作用使它偏離正常位置，稱為原子位移。當與物質中原子電子的運動速度有同一量級的低能帶電粒子通過物質時，有可能俘獲一個或兩個電子而變成單個電荷的或中性的粒子，但其後很快地由於同原子碰撞又失去電子而被電離, 在粒子射程的末端, 這種電荷交換變得頻繁起來。當帶電粒子的速度接近或低於原子層K電子軌道速度（是精細結構常數，是普朗克常數,是電子電荷，Z是物質原子的原子序數）時,帶電粒子俘獲電子的幾率將大於丟失電子的幾率，並使粒子的淨電荷減少。當淨電荷趨於零時，電離能量損失也趨於零。因此，在帶電粒子射程的末段，電子俘獲效應是重要的。
當帶電粒子在透明、不導電媒質中的運動速度大於光在該媒質中的速度時，便發出切倫科夫輻射。這種輻射集中在與粒子束方向張角為（< =/с,是光在此媒質中的折射率）的圓錐內，具有連續光譜，波長集中在可見光與紫外線範圍內。
帶電粒子同物質的相互作用
帶電粒子同物質的相互作用