ไอออนหนักความเร็วสูง เป็นส่วนประกอบของ ลำแสงอนุภาคชนิดหนึ่งที่มีพลังงานสูงพอที่การหยุดด้วยอิเล็กตรอนจะมีอิทธิพลเหนือการหยุดด้วยนิวเคลียร์^{[ 1 ] [ 2 ]} ไอออนเหล่านี้ถูกเร่งความเร็วในเครื่องเร่งอนุภาคให้มีพลังงานสูงมาก โดยทั่วไปอยู่ใน ช่วง MeVหรือGeVและมีพลังงานและมวลเพียงพอที่จะทะลุผ่านของแข็งเป็นเส้นตรง ในของแข็งหลายชนิด ไอออนหนักความเร็วสูงจะปล่อยพลังงานออกมามากพอที่จะเหนี่ยวนำให้เกิดโซนทรงกระบอกที่เปลี่ยนแปลงอย่างถาวร ซึ่งเรียกว่าร่องรอยไอออนหากการฉายรังสีเกิดขึ้นในวัสดุที่เป็นผลึกในตอนแรกร่องรอยไอออนจะประกอบด้วยทรงกระบอกอสัณฐาน^{[ 1 ]}ร่องรอยไอออนสามารถเกิดขึ้นได้ในวัสดุอสัณฐานหลายชนิด แต่ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในโลหะบริสุทธิ์ ซึ่งการนำความร้อนของอิเล็กตรอนสูงจะทำให้ความร้อนของอิเล็กตรอนกระจายออกไปก่อนที่ร่องรอยไอออนจะมีเวลาเกิดขึ้น

โดยทั่วไปลำแสงไอออนหนักจะถูกอธิบายในแง่ของพลังงานในหน่วยเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV)หารด้วยมวลของนิวเคลียสอะตอมเขียนว่า "MeV/u" เพื่อให้ลำแสงไอออนถือว่า "เร็ว" ไอออนที่เป็นส่วนประกอบควรเป็นคาร์บอนหรือหนักกว่า และมีพลังงานที่ทำให้อนุภาคของลำแสงมีความเร็วเทียบเท่ากับความเร็วของโบร์^{[ 3 ]}

กลไกที่ ทำให้เกิด ร่องรอยไอออนยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ อาจถือได้ว่าทำให้เกิดความร้อนพุ่งสูงขึ้น^{[ 4 ] [ 5 ]} ในแง่ที่ว่ามันนำไปสู่ความร้อนของโครงสร้างผลึกที่รุนแรงและโซนอะตอมที่ไม่เป็นระเบียบชั่วคราว อย่างไรก็ตาม อย่างน้อยในระยะเริ่มต้นของความเสียหายอาจเข้าใจได้ดีขึ้นในแง่ของกลไกการระเบิดแบบคูลอมบ์^{[ 6 ]}ไม่ว่ากลไกการให้ความร้อนจะเป็นอย่างไร ก็เป็นที่ยอมรับกันดีว่าไอออนหนักที่เคลื่อนที่เร็วโดยทั่วไปจะสร้างร่องรอยความเสียหายที่ยาวเกือบเป็นทรงกระบอกในฉนวน^{[ 1 ] [ 4 ]}ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีความหนาแน่นต่ำตรงกลาง อย่างน้อยในSiO ^{[ 7 ] [ 8 ]}

ร่องรอยไอออนหนักที่เคลื่อนที่เร็วมีการใช้งานจริงที่ได้รับการยอมรับและมีศักยภาพหลายประการร่องรอยไอออนในพอลิเมอร์สามารถกัดเซาะเพื่อสร้างช่องที่มีความหนาระดับนาโนเมตรผ่านแผ่นฟอยล์พอลิเมอร์ ซึ่งเรียกว่าเมมเบรนกัดเซาะร่องรอยสิ่งเหล่านี้มีการใช้งานในอุตสาหกรรม^{[ 9 ]}

การฉายรังสีของ สารต้านทาน โพลีอิไมด์มีศักยภาพที่จะใช้เป็นแม่แบบสำหรับการเจริญเติบโตของนาโนไวร์^{[ 10 ]} ร่องรอยยังสามารถใช้ในการสปัตเตอร์วัสดุได้^{[ 11 ] [ 12 ]} นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อยืดนาโนคริสตัลที่ฝังอยู่ในวัสดุได้^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}การฉายรังสี SHI ยังสามารถใช้สำหรับการดัดแปลงโครงสร้างของวัสดุนาโนได้ อีกด้วย ^{[ 16 ] [ 17 ]}