2) расстояние, которое частица прошла в веществе
3) изменение энергии частицы на единичном расстоянии пробега в веществе
4) энергию фотона, излучаемую при торможении частицы
Удельная ионизация — это число пар ионов, образованных заряженной частицей на единице длины её пути в веществе. При прохождении частицы через среду её электрическое поле взаимодействует с электронами атомов: часть электронов выбивается, а атомы превращаются в положительно и отрицательно заряженные ионы. Поэтому показатель характеризует линейную плотность ионизации, обычно выражаемую в парах ионов на сантиметр или метр пробега.
Величина удельной ионизации зависит от заряда и скорости частицы, плотности и состава среды, а также от энергии ионизации атомов. Для тяжёлых заряженных частиц, например α-частиц и протонов, ионизация особенно интенсивна; по мере замедления частицы она возрастает и достигает максимума в конце пробега, что соответствует области пика Брэгга. У электронов траектория более извилистая, а ионизация на единицу прямолинейного расстояния обычно ниже.
Изменение энергии частицы на единицу пути — это близкая, но не тождественная характеристика: линейная передача энергии включает энергетические потери на возбуждение, ионизацию и другие процессы. Удельная ионизация учитывает именно количество образованных ионных пар, поэтому правильным является определение через число пар ионов на единицу расстояния пробега.
| Характеристика | Что описывает | Типичный пример или значение |
|---|---|---|
| Удельная ионизация | Число пар ионов, образованных на единице длины пути частицы | Пар ионов/см или пар ионов/м |
| Линейная передача энергии (LET) | Энергию, переданную среде на единицу длины пробега | кэВ/мкм; зависит не только от ионизации, но и от возбуждения |
| α-частицы | Плотно ионизируют вещество на коротком пробеге | Высокая удельная ионизация, выраженный пик в конце пробега |
| Протоны | Формируют протяжённый ионизационный трек с нарастанием потерь энергии к концу пути | Используются в протонной лучевой терапии благодаря пику Брэгга |
| Электроны и β-частицы | Создают менее плотную ионизацию и имеют значительное рассеяние | Извилистый трек, более равномерное распределение ионизации |
| Фотонное излучение | Не ионизирует среду непосредственно; ионизация возникает за счёт вторичных электронов | Фотоэффект, комптоновское рассеяние или образование электрон-позитронных пар |
| Пик Брэгга | Максимум локальной ионизации и энерговыделения в конце пробега тяжёлой заряженной частицы | Ключевой физический принцип распределения дозы при протонной терапии |
Удельная ионизация имеет значение для оценки радиобиологического действия излучения и пространственного распределения повреждений в тканях. Чем плотнее ионизационный трек, тем выше вероятность формирования кластерных повреждений ДНК и сложных двунитевых разрывов. В медицинской физике этот показатель рассматривают совместно с LET, поглощённой дозой и относительной биологической эффективностью излучения.