導入
荷電エネルギー粒子が物質を通過する際、その経路に沿って原子または分子をイオン化します。その結果、粒子は徐々にエネルギーを失います。阻止能は、移動距離あたりの粒子の平均エネルギー損失であり、たとえば MeV/cm で測定されます (反対の図を参照)。
阻止力とルート
阻止力は粒子の種類、そのエネルギー、通過する物質の特性によって異なります。イオンペア(通常は正イオンと電子) の生成には一定量のエネルギー (たとえば、空気の場合は約 33 eV) が必要なため、イオン化密度は材料を停止する電力に比例します。
電子、原子イオン、中間子などすべては物質を通過するときにエネルギーを失います。ここでは主に原子イオンについて考えます。
阻止力は材料の特性を測定し、 cm あたりのエネルギー損失は粒子の観点から状況を考慮します。ただし、値と単位は同じであり、次の定義の前にマイナス記号があるため、この値は通常は正になります。
ここで、 Eはエネルギー、 x は移動距離です。通常、阻止力、つまりイオン化密度は減速とともに増加します。これは、ウィリアム・ヘンリー・ブラッグにちなんで名付けられたブラッグ曲線です。コース終了の少し前に、エネルギー損失は最大値であるブラッグ ピークを通過します。このピークは放射線治療に不可欠です。
反対の図では、空気中の5.49 MeVのα粒子の阻止力が最大値に達する前に上昇していることがわかります（このエネルギーは、花崗岩土壌のある場所の大気中に存在するラドン222Rnガスのα崩壊に相当します） ）。
上の方程式は線形阻止力を定義しており、たとえば MeV/mm などの単位で表すことができます。多くの場合、 S(E)は材料の密度で割られます。このようにして、たとえば MeV/(mg/cm 2 ) などの単位で表すことができる質量阻止力に到達します。質量阻止力は、およそ密度に依存しません。
エネルギー量にストッピングパワーS(E)の逆数を積分することで、平均経路を計算できます。
左の図は、250 MeV まで加速された陽子ビームの水による吸収を示しています (オレンジ色の曲線)。この曲線には非常に鋭いピークがあります。放射線療法でより厚い腫瘍を照射するには、加速器のエネルギーを変更するか、吸収材を使用することでこの先端を広げることができます（青い曲線）。
この図は、高エネルギー光子のビームの吸収も示しています (ピンクの曲線)。この曲線は全く異なります。 1948 年にこの現象を発見したベルギーの物理学者ガイ・タベルニエにちなんで名付けられたタベルニエ尾根と呼ばれる極大を通過した後、基本的に指数関数的に減衰します。この曲線の形状は、中性子線、X 線、ガンマ線にも類似しています。光子は、連続的なイオン化によって徐々にエネルギーを失うことはありませんが、多くの場合、1 回のイオン化ですべてのエネルギーを失います。光子の吸収は阻止能ではなく、吸収係数によって表されます。