
一、带电粒子与物质的四类相互作用带电粒子(重带电粒子如质子、轻带电粒子如电子)入射物质,存在4种基础相互作用:与核外电子的非弹性碰撞库仑相互作用,粒子将能量传递给靶原子外层电子,造成原子电离或激发。这是带电粒子最主要的能量损失方式。LET(线性能量转移)统计的能量就是该过程的电离损失能量。与原子核的非弹性碰撞(轫致辐射)带电粒子在原子核库仑场中偏转减速,向外辐射光子。轫致辐射强度满足关系:强度 ∝ 1/m²,粒子质量越大,该效应越微弱。与原子核的弹性碰撞库仑弹性散射,粒子改变运动方向;部分能量转移给靶原子核,使晶格原子发生位移。该过程能量转化为原子核反冲动能,不产生电离、不计入LET,会带来晶格位移损伤(NIEL)。与核外电子的弹性碰撞仅粒子能量极低(<100 eV)时才有明显贡献,能量转移量很小,MeV量级质子场景可直接忽略。重要区分:电子 vs 质子 电子静能很小(0.511 MeV),少量动能就能加速至接近光速,因此存在低能高速的描述; 质子静能高达938 MeV,质子的动能和速度一一绑定:动能越高,速度越高,不存在“低能高速/高能低速”的矛盾状态。质子射入半导体介质后会沿径迹持续损失动能,从高速逐步减速;在射程末端(布拉格峰区域)质子变为低速粒子。在减速路径上每一点,剩余动能直接对应瞬时速度。二、临床治疗质子(70~250 MeV)在半导体介质中各相互作用取舍本部分适用于硅、氧化镓(Ga₂O₃)、氧化锌(ZnO)等半导体材料,基础物理原理不变,仅材料定量参数不