Al atravesar la materia, las partículas cargadas se ionizan y pierden energía en muchos pasos, hasta que su energía es (casi) cero. La distancia hasta este punto se denomina alcance de la partícula. El alcance depende del tipo de partícula, de su energía inicial y del material a través del cual pasa.
Por ejemplo, si la partícula ionizante que pasa a través del material es un ion positivo como una partícula alfa o un protón , colisionará con los electrones atómicos del material mediante interacción coulombiana . Dado que la masa del protón o la partícula alfa es mucho mayor que la del electrón , no habrá una desviación significativa de la trayectoria de incidencia de la radiación y se perderá muy poca energía cinética en cada colisión. Por lo tanto, se necesitarán muchas colisiones sucesivas para que esa radiación ionizante tan intensa se detenga dentro del medio o material de detención. La pérdida máxima de energía se producirá en una colisión frontal con un electrón .
Dado que la dispersión de ángulos grandes es poco frecuente en el caso de los iones positivos, se puede definir un rango para esa radiación , en función de su energía y carga , así como de la energía de ionización del medio de frenado. Dado que la naturaleza de dichas interacciones es estadística, el número de colisiones necesarias para que una partícula de radiación se detenga 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 dispersión .
La pérdida de energía por unidad de distancia (y, por lo tanto, la densidad de ionización), o 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 a medida que la partícula disminuye su velocidad. La curva que describe este hecho se denomina curva de Bragg . Poco antes del final, la pérdida de energía pasa por un máximo, el pico de Bragg , y luego cae a cero (ver las cifras en Pico de Bragg y en poder de frenado ). Este hecho es de gran importancia práctica para la radioterapia .
El alcance de las partículas alfa en el aire ambiente es de tan solo unos pocos centímetros, por lo que este tipo de radiación puede ser detenida con una hoja de papel. Aunque las partículas beta se dispersan mucho más que las partículas alfa, aún se puede definir un alcance que, con frecuencia, es de 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 cargada pesada es aproximadamente proporcional a la masa de la partícula y a la inversa de la densidad del medio, y es una función de la velocidad inicial de la partícula.