盧瑟福背散射 (RBS) 是一種用于材料科學的分析技術。 有時稱為高能離子散射 (HEIS) 光譜法，RBS 用于通過測量撞擊樣品的高能離子束（通常是質子或 α 粒子）的反向散射來確定材料的結構和成分。

盧瑟福背散射以盧瑟福勛爵的名字命名，盧瑟福勛爵是一位有時被稱為核物理學之父的物理學家。 1909 年至 1914 年間，盧瑟福監督了漢斯·蓋革和歐內斯特·馬斯登進行的一系列實驗，研究 alpha 粒子在金屬箔中的散射。 在試圖消除他們認為是由 alpha 源缺陷引起的雜散粒子時，Rutherford 建議 Marsden 嘗試測量金箔樣本的反向散射。 根據當時占主導地位的原子李子布丁模型，其中小的負電子通過擴散的正區域傳播，高能正 α 粒子的反向散射應該是不存在的。 當 alpha 粒子幾乎不受阻礙地穿過箔時，至多應該發生小的偏轉。 相反，當馬斯登將檢測器定位在鋁箔的同一側作為 α 粒子源時，他立即檢測到一個明顯的反向散射信號。 根據盧瑟福的說法，這是我一生中發生過的最不可思議的事件。 這幾乎就像你用一枚 15 英寸的炮彈朝一張薄紙發射一枚炮彈，然后它又回來擊中你一樣不可思議。

盧瑟福將蓋革-馬斯登實驗的結果解釋為與單個大質量正粒子發生庫侖碰撞的跡象。 這使他得出結論，原子的正電荷不能擴散，而必須集中在一個巨大的核心：原子核中。 計算表明，實現這種偏轉所需的電荷大約是電子電荷的 100 倍，接近金的原子序數。 這導致了原子的盧瑟福模型的發展，在該模型中，由 Ne 正粒子或質子組成的正原子核被 N 軌道帶電電子包圍，以平衡核電荷。 該模型最終被玻爾原子所取代，并結合了量子力學的一些早期結果。

如果入射粒子的能量充分增加，就會超過庫侖勢壘，入射粒子和撞擊粒子的波函數會重疊。 在某些情況下，這可能會導致核反應，但相互作用通常保持彈性，盡管散射截面可能會隨著能量的變化而劇烈波動，并且不再可通過分析計算。 這種情況稱為彈性（非盧瑟福）背散射光譜法 (EBS)。 最近，通過求解每個相互作用的薛定諤方程，在確定 EBS 散射截面方面取得了很大進展。 然而，對于包含輕元素的矩陣的 EBS 分析，利用實驗測量的散射截面數據也被認為是一個非常可靠的選擇。

我們將盧瑟福反向散射描述為來自入射光束（射彈）的高動能粒子與位于樣本（目標）中的靜止粒子之間的彈性硬球碰撞。 這里的彈性是指在碰撞過程中入射粒子和靜止粒子之間沒有能量傳遞，靜止粒子的狀態沒有改變。 （除了少量的動量，它被忽略了。）核相互作用通常不是彈性的，因為碰撞可能導致核反應，并釋放大量能量。 核反應分析 (NRA) 可用于檢測輕元素。 然而，這不是盧瑟福散射。考慮到碰撞的運動學（即動量和動能守恒），散射彈丸的能量 E1 從初始能量 E0 減去：

E 1 = k ? E 0 , {\displaystyle E_{1}=k\cdot E_{0},}

其中 k 被稱為運動學因子，并且

k = ( m 1 cos ? θ 1 ± m 2 2 ? m 1 2 ( sin ? θ 1 ) 2 m 1 + m 2 ) 2 , {\displaystyle k=\left({\frac {m_{1 }\cos {\theta _{1}}\pm {\sqrt {m_{2}{2}-m_{1}{2}(\sin {\theta _{1}}) {2}}}}{m_{1}+m_{2}}}\右){2},}

其中粒子1為彈丸，粒子2為靶核，θ 1 {\displaystyle \theta _{1}} 為彈丸在實驗室參考系（即相對于觀察者）的散射角 ). 當彈丸質量小于目標質量時取正號，否則取負號。

雖然這個方程正確地確定了任何特定散射角（相對于觀察者）的散射射彈的能量。