Stråling, der slår elektroner ud og ned, den ene efter den anden

Forskere undersøger nye måder, hvorpå elektroner slås ud af stof. Deres forskning kan have konsekvenser for strålebehandling.

At udsætte en lille klynge af neonatomer for et meget kort og intens udbrud af ekstremt ultraviolet lys starter en ny mekanisme, der producerer et stort antal elektroner og ioner.

Et team af forskere ledet af fysisk kemiker Kiyoshi Ueda fra Tohoku University brugte en gratis elektronlaser (FEL) ved Japans SPring-8 Compact SASE Source testaccelerator til at undersøge, hvordan elektroner 'slås ud' af neonatomklynger. Intense ekstreme ultraviolette FEL -pulser blev rettet mod klyngerne, og den resulterende energifordeling af elektroner slået ud af klyngerne blev målt ved hjælp af et 'hastighedskort -billeddannelsesspektrometer'.

Elektroner inde i et materiale absorberer energi, når materialet udsættes for lys. Normalt, denne energi bruges til at 'banke elektroner ud' af materialet. Dette kan kun ske, imidlertid, hvis lyspartikelens energi, eller 'foton', absorberet af elektronen er højere end den mængde energi, materialet har brug for, eller dens 'arbejdsfunktion', at skubbe elektronen ud. I 1921, Albert Einstein vandt en nobelpris for at beskrive denne 'fotoelektriske effekt'.

Teamet testede, hvad der ville ske, når de satte FEL -lysets fotonenergi under arbejdsfunktionen af ​​klynger af neonatomer. I stedet for at blive slået ud, når en elektron tæt bundet til et neonatom absorberer den lavere energifoton, det bliver løst bundet, får atomet til at blive 'ophidset'. Da FEL -pulsen er så intens, mange elektroner bliver løst bundet i klyngerne på samme tid; hvilket betyder, at mange atomer bliver begejstrede. Elektroner slås derefter ud af klyngerne, selvom fotononenergien er under deres arbejdsfunktion.

Teamet opdagede, at løst bundne elektroner er slået ud af klyngerne i en ny 'kaskadende' proces.

Processen begynder, når et atom med en løst bundet elektron interagerer med et atom i nærheden, der også har en løst bundet elektron. Den første overfører energi til sin nabo, som 'slår ned' sin egen løst bundne elektron, der svæver i en 'højenergi' bane ind i en 'lavenergi' bane tættere på atomets kerne. På samme tid, energien, der overføres til det nærliggende atom, slår en løst bundet elektron ud af det. Det første atom, som nu er 'mindre begejstret', interagerer derefter med et andet nærliggende ophidset atom, også at give den energi og dermed 'de-spændende' sig selv endnu mere, mens han slår en elektron ud af en anden nabo. Denne kaskaderingsproces forekommer i mange par ophidsede atomer, resulterer i udsendelse af et stort antal lavenergi-elektroner.

"Kaskader for at slå elektroner ud og ned producerer flere elektroner og flere ioner, skader prøven mere. Jeg er overbevist om, at disse kaskader kan spille en afgørende rolle i fremtidig strålebehandling, "siger Lorenz Cederbaum fra Tysklands Heidelberg Universitet, en af ​​undersøgelsens medforfattere.

Frigivelse af lavenergi-elektroner udsat for intens lys kan beskadige DNA. Dette koncept bruges i kræftstrålebehandling. Resultaterne kan have konsekvenser for brugen af ​​strålebehandling i fremtiden.

Forskerne offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet Naturkommunikation .