3. Заряженные частицы. Много слабо отклоняющих взаимодействий.

Для частиц, обладающих зарядом, основным видом потери энергии могут быть потери, вызванные:

1. ионизацией и возбуждением атомов вещества;

2. тормозным излучением;

3. излучением Вавилова-Черенкова.

Рис. 5.2.

Потери энергии на ионизацию, обычно называемые ионизационными потерями, происходят за счёт неупругого соударения частицы с электронами атомов оболочки. Пролетая через среду, заряженная частица взаимодействует с атомными электронами, переводя их на возбужденные уровни и теряя при этом энергию дискретными порциями, либо ионизует атомы с непрерывным спектром потерь энергии. Так как в каждом акте неупругого соударения быстрая частица теряет очень малую часть своей энергии (порядка энергии ионизации атома), то можно считать, что ионизационные потери вызывают монотонное уменьшение кинетической энергии заряженной частицы.

Рис. 6.3. Распределение по энергиям и углам частиц в пучке тяжёлых заряженных частиц до и после прохождения поглощающего слоя. Потери энергии на тормозное излучение могут быть существенными лишь для легких заряженных частиц достаточно высокой энергии, в основном для электронов. Потери на Черенковское излучение происходят в средах с показателем преломления n>1 при релятивистских скоростях, когда выполняется условие n>1 (где n=v/c). Эти потери всегда малы в сравнении с полными потерями энергии частиц. Каждое взаимодействие приводит к потере энергии и небольшому отклонению траектории частицы. Потери и отклонения складываются как случайные величины.

После прохождения пучка через слой вещества его энергия уменьшается, он перестаёт быть моноэнергетическим и становится расходящимся. Характеристики пучка до и после прохождения через слой вещества показаны на рис. 6.3. Число частиц, ещё входящих в состав пучка, можно регистрировать как функцию толщины x поглощающего слоя. Вплоть до некоторой определенной толщины поглощающего слоя вещества через него проникают практически все частицы пучка. При большей толщине поглощающего слоя вещества отдельные частицы начинают застревать в мишени. На толщине R₀, называемой средней длиной пробега, останавливается половина частиц пучка; наконец при достаточно большой толщине из слоя не выходит ни одна частица.

5. Взаимодействие типа «всё или ничего». Если взаимодействие приводит только к поглощению частицы слоем вещества, то характеристики пучка, прошедшего через слой вещества получаются иными, нежели в только что рассмотренном случае. Если прошедшие частицы не испытали никакого взаимодействия с веществом, прошедший пучок имеет ту же энергию и то же угловое расхождение, как и падающий. Для каждого элементарного слоя толщиной dx число частиц, испытавших взаимодействие, пропорционально числу падающих частиц; при этом постоянная пропорциональности  носит название коэффициента поглощения:

.

И нтегрируя это уравнение, приходим к формуле . (6.1)

Рис. 6.4. Число частиц, прошедших через слой вещества, убывает экспоненциально с увеличением толщины слоя.

Из формулы (6.1) видно, что число частиц, прошедших через слой вещества, убывает экспоненциально с увеличением толщины слоя, как это показано на рис. 6.4.