布拉格尖峰

布拉格尖峰是一種高速帶正電荷離子在物體中行進時，於即將停止時才將大部分能量釋放出來的現象。此現象由威廉亨利布拉格在1903年發現。

基本介紹

• 中文名：布拉格尖峰
• 外文名：bragg peak
• 提出者：威廉亨利布拉格
• 提出時間：1903年
• 學科：量子力學
• 領域：醫學、物理學

定義

當電磁輻射或亞原子粒子波的波長，與進入的晶體樣本的原子間距長度相若時，就會產生布拉格衍射，入射物會被系統中的原子以鏡面形式散射出去，並會按照布拉格定律所示，進行相長干涉。對於晶質固體，波被晶格平面所散射，各相鄰平面間的距離為d。當被各平面散射出去的波進行相長干涉時，它們的相位依然相同，因此每一波的路徑長度皆為波長的整數倍。進行相長干涉兩波的路徑差為，其中為散射角。由此可得布拉格定律，它所描述的是晶格中相鄰晶體平面（由米勒指數h、k及l標記），產生相長干涉的條件：

其中n為整數，按各項參數大小而定，而λ則為波長。通過量度散射後入射波的強度，並將之表示成入射角的函式，可得干涉圖樣。在干涉圖樣中，當散射波滿足布拉格條件，就會產生非常強的強度，它們叫布拉格尖峰。

現象

當一個帶電的粒子快速地在物體中前進時，會在其行進的路線上對於該物體的原子產生離子化現象，也因此在其停止之前，將一劑量的能量釋放到該物體中。由於離子化作用的截面積增加，能量釋放的尖峰會發生在該粒子即將停止之前。貝特-布洛赫（Bethe-Bloch）方程描述帶電粒子的能量損耗。帶電粒子的能量損耗隨粒子行程的變化率反比於粒子速度的平方，這就解釋了為什麼能量損耗率的尖峰出現在帶電粒子剛好完全停下之前。上圖中的現象是帶有 5.49百萬電子伏特(MeV)的α粒子在空氣中沿著行進路線的能量釋放情形。在下圖中，由 250百萬電子伏特的粒子加速器所產生的純質子束(紅色)其能量釋放尖峰非常狹窄；而另一種粒子光子束(粉紅色)的能量釋放就完全不同。

套用

在醫學上，此種大部分能量在組織中會集中釋放的現象，被發展成質子刀而充分地套用到對癌症的放射性治療。只要以三度空間瞄準所要治療的腫瘤(病灶區)，並以調整過的質子束(下圖之藍色部分)將能量規劃集中釋放在特定位置，便可以精準地破壞腫瘤細胞，而不傷害到周圍正常的組織細胞。

相關術語

布拉格定律

在物理學中，布拉格定律給出晶格的相干及不相干散射角度。當X射線入射於原子時，跟任何電磁波一樣，它們會使電子云移動。電荷的運動把波動以同樣的頻率再發射出去（會因其他各種效應而變得有點模糊）；這種現象叫瑞利散射（或彈性散射）。散射出來的波可以再相互散射，但這種進級散射在這裏是可以忽略的。當中子波與原子核或不成對電子的相干自旋進行相互作用時，會發生一種與上述電磁波相近的過程。這些被重新發射出來的波來相互干涉，可能是相長的，也可能是相消的（重疊的波某程度上會加起來產生更強的波峰，或相互消抵），在探測器或底片上產生衍射圖樣。而所產生的波干涉圖樣就是衍射分析的基本部份。這種解析叫布拉格衍射。