Al atravesar la materia, las partículas cargadas se ionizan y, por tanto, pierden energía en muchos pasos, hasta que su energía es (casi) cero. La distancia hasta este punto se llama alcance de la partícula. El alcance depende del tipo de partícula, de su energía inicial y del material por el que pasa.
Por ejemplo, si la partícula ionizante que pasa a través del material es un ion positivo como una partícula alfa o un protón , chocará con los electrones atómicos del material mediante la interacción coulómbica . Dado que la masa del protón o partícula alfa es mucho mayor que la del electrón , no habrá una desviación significativa de la trayectoria incidente de la radiación y se perderá muy poca energía cinética en cada colisión. Como tal, serán necesarias muchas colisiones sucesivas para que una radiación ionizante tan intensa se detenga dentro del medio o material de parada. La máxima pérdida de energía se producirá en una colisión frontal con un electrón .
Dado que la dispersión de ángulo grande es rara para los iones positivos, puede estar bien definido un rango para esa radiación , dependiendo de su energía y carga , así como de la energía de ionización del medio de parada. Dado que la naturaleza de tales interacciones es estadística, el número de colisiones necesarias para que una partícula de radiación descanse dentro del medio variará ligeramente con cada partícula (es decir, algunas pueden viajar más lejos y sufrir menos colisiones que otras). Por lo tanto, habrá una pequeña variación en el rango, conocida como rezago .
La pérdida de energía por unidad de distancia (y, por tanto, la densidad de ionización), o el poder de frenado, también depende del tipo y la energía de la partícula y del material. Por lo general, la pérdida de energía por unidad de distancia aumenta mientras la partícula se desacelera. La curva que describe este hecho se llama curva de Bragg . Poco antes del final, la pérdida de energía pasa por un máximo, el Bragg Peak , y luego cae a cero (véanse las cifras en Bragg Peak y en potencia de frenado ). Este hecho es de gran importancia práctica para la radioterapia .
El alcance de las partículas alfa en el aire ambiente es de sólo unos pocos centímetros; Por tanto, este tipo de radiación se puede detener con una hoja de papel. Aunque las partículas beta se dispersan mucho más que las partículas alfa, todavía se puede definir un rango; frecuentemente asciende a varios cientos de centímetros de aire.
El alcance medio se puede calcular integrando la potencia de frenado inversa sobre la energía.
El alcance de una partícula pesadamente cargada es aproximadamente proporcional a la masa de la partícula y la inversa de la densidad del medio, y es función de la velocidad inicial de la partícula.