2) терять только один из имеющихся электронов
3) только терять имеющиеся электроны
4) терять имеющиеся или принимать новые электроны (+)
При прохождении иона через вещество его электронная оболочка непрерывно взаимодействует с атомами и молекулами среды. В результате столкновений возможны два противоположных процесса: потеря собственного электрона, то есть обдирка иона, и захват электрона из вещества. Поэтому зарядовое состояние движущейся частицы не остаётся постоянным, а может многократно изменяться по мере её торможения.
Вероятность потери или захвата электрона зависит от скорости иона, его атомного номера, исходного заряда и состава среды. Быстрые ионы чаще теряют электроны, поскольку при столкновениях передают оболочечным электронам энергию, достаточную для их удаления. При снижении скорости возрастает вероятность электронного захвата, особенно из внешних оболочек атомов вещества; со временем устанавливается динамическое равновесие между обоими процессами и формируется среднее эффективное зарядовое состояние иона.
| Процесс | Физический механизм | Изменение заряда иона | Преимущественные условия |
|---|---|---|---|
| Потеря электрона | Ионизация электронной оболочки иона при столкновении | Положительный заряд увеличивается | Высокая скорость и большая энергия частицы |
| Одноэлектронный захват | Переход электрона атома среды на свободный уровень иона | Положительный заряд уменьшается на единицу | Умеренные и низкие скорости |
| Многоэлектронный захват | Одновременный или последовательный захват нескольких электронов | Заряд уменьшается на несколько единиц | Тесные столкновения с многоэлектронными атомами |
| Повторная обдирка | Удаление ранее захваченного электрона при следующем столкновении | Заряд вновь увеличивается | Продолжение движения в плотной среде |
| Зарядовое равновесие | Сопоставимая частота потери и захвата электронов | Устанавливается средний эффективный заряд | Достаточная толщина вещества |
| Рекомбинация при остановке | Последовательное присоединение электронов и нейтрализация | Заряд приближается к нулю | Конечный участок пробега иона |
Изменение зарядового состояния влияет на удельные ионизационные потери, поскольку интенсивность электромагнитного взаимодействия частицы со средой связана с её эффективным зарядом. Этот эффект особенно важен для тяжёлых заряженных частиц, применяемых в протонной и ионной лучевой терапии. Вблизи конца пробега уменьшение скорости сопровождается усилением энерговыделения и формированием пика Брэгга, а процессы электронного захвата дополнительно изменяют характеристики торможения. Корректный учёт зарядообменных реакций необходим при расчёте пробега, линейной передачи энергии и пространственного распределения поглощённой дозы.