[科普中国]-布拉格尖峰

布拉格尖峰是一种高速带正电荷离子在物体中行进时，于即将停止时才将大部分能量释放出来的现象。此现象由威廉亨利布拉格在1903年发现。

定义当电磁辐射或亚原子粒子波的波长，与进入的晶体样本的原子间距长度相若时，就会产生布拉格衍射，入射物会被系统中的原子以镜面形式散射出去，并会按照布拉格定律所示，进行相长干涉。对于晶质固体，波被晶格平面所散射，各相邻平面间的距离为d。当被各平面散射出去的波进行相长干涉时，它们的相位依然相同，因此每一波的路径长度皆为波长的整数倍。进行相长干涉两波的路径差为，其中为散射角。由此可得布拉格定律，它所描述的是晶格中相邻晶体平面（由米勒指数h、k及l标记），产生相长干涉的条件：

其中n为整数，按各项参数大小而定，而λ则为波长。通过量度散射后入射波的强度，并将之表示成入射角的函数，可得干涉图样。在干涉图样中，当散射波满足布拉格条件，就会产生非常强的强度，它们叫布拉格尖峰。

现象当一个带电的粒子快速地在物体中前进时，会在其行进的路线上对于该物体的原子产生离子化现象，也因此在其停止之前，将一剂量的能量释放到该物体中。由于离子化作用的截面积增加，能量释放的尖峰会发生在该粒子即将停止之前。贝特-布洛赫（Bethe-Bloch）方程描述带电粒子的能量损耗。带电粒子的能量损耗随粒子行程的变化率反比于粒子速度的平方，这就解释了为什么能量损耗率的尖峰出现在带电粒子刚好完全停下之前。上图中的现象是带有 5.49百万电子伏特(MeV)的α粒子在空气中沿着行进路线的能量释放情形。在下图中，由 250百万电子伏特的粒子加速器所产生的纯质子束(红色)其能量释放尖峰非常狭窄；而另一种粒子光子束(粉红色)的能量释放就完全不同。

应用在医学上，此种大部分能量在组织中会集中释放的现象，被发展成质子刀而充分地应用到对癌症的放射性治疗。只要以三度空间瞄准所要治疗的肿瘤(病灶区)，并以调整过的质子束(下图之蓝色部分)将能量规划集中释放在特定位置，便可以精准地破坏肿瘤细胞，而不伤害到周围正常的组织细胞。1

相关术语布拉格定律2

在物理学中，布拉格定律给出晶格的相干及不相干散射角度。当X射线入射于原子时，跟任何电磁波一样，它们会使电子云移动。电荷的运动把波动以同样的频率再发射出去（会因其他各种效应而变得有点模糊）；这种现象叫瑞利散射（或弹性散射）。散射出来的波可以再相互散射，但这种进级散射在这裏是可以忽略的。当中子波与原子核或不成对电子的相干自旋进行相互作用时，会发生一种与上述电磁波相近的过程。这些被重新发射出来的波来相互干涉，可能是相长的，也可能是相消的（重叠的波某程度上会加起来产生更强的波峰，或相互消抵），在探测器或底片上产生衍射图样。而所产生的波干涉图样就是衍射分析的基本部份。这种解析叫布拉格衍射。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所