Проходя через вещество, заряженные частицы ионизируются и таким образом теряют энергию во многих шагах, пока их энергия не станет (почти) нулевой. Расстояние до этой точки называется пробегом частицы . Пробег зависит от типа частицы, от ее начальной энергии и от материала, через который она проходит.
Например, если ионизирующая частица, проходящая через материал, является положительным ионом , таким как альфа-частица или протон , она столкнется с атомными электронами в материале посредством кулоновского взаимодействия . Поскольку масса протона или альфа -частицы намного больше массы электрона , не будет значительного отклонения от траектории падения излучения, и при каждом столкновении будет теряться очень мало кинетической энергии . Таким образом, потребуется много последовательных столкновений, чтобы такое сильное ионизирующее излучение остановилось в останавливающей среде или материале. Максимальная потеря энергии будет иметь место при лобовом столкновении с электроном .
Поскольку рассеяние на большие углы редко встречается у положительных ионов, диапазон может быть хорошо определен для этого излучения в зависимости от его энергии и заряда , а также энергии ионизации останавливающей среды. Поскольку природа таких взаимодействий статистическая, количество столкновений, необходимых для того, чтобы привести частицу излучения в состояние покоя в среде, будет немного различаться для каждой частицы (т. е. некоторые могут перемещаться дальше и испытывать меньше столкновений, чем другие). Следовательно, будет небольшое изменение в диапазоне, известное как страгглинг .
Потеря энергии на единицу расстояния (и, следовательно, плотность ионизации), или тормозная способность, также зависит от типа и энергии частицы и от материала. Обычно потеря энергии на единицу расстояния увеличивается по мере замедления частицы. Кривая, описывающая этот факт, называется кривой Брэгга . Незадолго до конца потеря энергии проходит через максимум, пик Брэгга , а затем падает до нуля (см. рисунки в Пик Брэгга и в тормозная способность ). Этот факт имеет большое практическое значение для лучевой терапии .
Пробег альфа-частиц в окружающем воздухе составляет всего несколько сантиметров; поэтому этот тип излучения может быть остановлен листом бумаги. Хотя бета-частицы рассеиваются гораздо сильнее, чем альфа-частицы, пробег все равно можно определить; он часто составляет несколько сотен сантиметров воздуха.
Средний диапазон можно рассчитать путем интегрирования обратной тормозной способности по энергии.
Пробег тяжелой заряженной частицы приблизительно пропорционален массе частицы и обратно пропорционален плотности среды, а также является функцией начальной скорости частицы.