基本原理：质子射线照相

1.能量损失

质子穿过吸收介质时以不同的方式与介质相互作用，对于能量低于数百电子伏特的质子，最重要的现象是通过与吸收体原子和分子轨道电子的多次相互作用而损失动能。可以注意到，能量的损失直接取决于介质的密度ρ和（Z/A）特性（Z为原子序数，A为相对原子质量），图2.6-1给出了不同元素在20MeV和200MeV质子能量下与（1/ρ）·dE/dx的关系，可明显看到其与原子序数的关系是很弱的。能量损失率与质子的速度β_c有关，因而与其动能有关。随着质子能量的损失其速度下降引起能量的更快损失，如此下去直至其被遏止，在吸收体中被遏止之前质子所穿过的深度常称为“射程”。单能质子能量衰减的最大特色是衰减的绝大部分发生在射束穿过相当于射程的约90%之后。因此，在衰减曲线的最后部分，均匀材料中厚度的微小变化或局部密度的微小变化，可引起带电粒子数目相当大的变化，图2.6-2是单能质子和X射线的典型穿透曲线比较。

2.多重小角散射

如前所述，在靶材料中质子从其初始轨道受到多次非常小的随机偏转慢了下来，一束起始为平行的质子束透过薄靶时将有一近乎为高斯分布的角度分布，这是可以用表达式给出的。图2.6-3a所示为用聚苯乙烯靶所测得的结果，厚度直至平均射程R_m。由于多重小角散射的结果，直径非常小的入射束在其穿过吸收体时将扩展，图2.6-3b表示一窄的质子束遏止在铝或水中时强度分布偏离的测得值。

3.与核的相互作用

当质子动能足够高时，质子和吸收体中原子核间的相互作用变得比较重要，这可包括投射的质子被核俘获或者质子被核作大角度的散射而能量大受损失，这类似于X射线或中子射线的按指数方式的衰减。这里，重要的是质子在达到静止前受到这种非弹性碰撞的概率。图2.6-4为某些材料中质子初始能量与碰撞概率的关系曲线。显然，能量超过200MeV或300MeV质子在到达射程的平均终端前将严重衰减。

图2.6-1 在不同物质中质子的质量遏止功率或能量损失率(www.xing528.com)

图2.6-2 单能质子和X射线的典型透射曲线比较

图2.6-3 多重小角散射对入射在厚靶上非常小平行束的影响

图2.6-4 在一些材料中入射质子能量与其到达静止前受到非弹性核碰撞的概率