Røntgenlaser afslører, hvordan strålingsskader opstår

Et internationalt forskerhold ledet af DESY og Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) ved Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) har opnået et gennembrud i forståelsen af, hvordan strålingsskader opstår. Ved hjælp af verdens mest kraftfulde røntgen-frielektronlaser har holdet, der også involverer forskere fra Aarhus Universitet og Universitetet i Hamborg, i realtid observeret, hvordan skade starter i en organisk molekylær krystal. Deres resultater giver detaljeret indsigt i de grundlæggende mekanismer for strålingsskader på atomær skala.

Strålingsskader er et alvorligt problem på mange områder, herunder medicin og materialevidenskab. Det kan forårsage betydelig forringelse af materialers egenskaber, og det kan også føre til skadelige bivirkninger hos patienter, der gennemgår strålebehandling. På trods af dens betydning er de nøjagtige mekanismer for strålingsskader stadig ikke fuldt ud forstået, især for organiske materialer såsom biologisk væv og lægemidler.

Den nye undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Nature Physics, giver et stort skridt fremad i vores forståelse af strålingsskader. Holdet brugte røntgenfri-elektronlaseren LCLS på SLAC National Accelerator Laboratory i Californien til at generere intense pulser af røntgenstråler, der blev brugt til at bestråle en krystal af det organiske molekyle tetraphenylcyclopentadienone (TPCP). Røntgenstrålerne skabte skader på krystalgitteret, og holdet brugte en række forskellige teknikker til at måle skaden i realtid.

Resultaterne af undersøgelsen viser, at strålingsskader initieres gennem en proces kaldet "ioniseringsinduceret bindingsbrud." Dette sker, når en røntgenfoton slår en elektron ud af et atom eller et molekyle, hvilket skaber en ustabil, meget reaktiv art kaldet en "radikal". Radikalet kan derefter reagere med andre molekyler i krystallen og forårsage skade på krystalgitteret.

Holdet observerede også, at skaden var lokaliseret til området af krystallen, der blev bestrålet af røntgenstrålerne. Dette tyder på, at strålingsskader kan minimeres ved at bruge højt fokuserede røntgenstråler, som ville give forskere mulighed for at studere materialer på atomniveau uden at forårsage væsentlig skade.

Den nye undersøgelse giver en detaljeret forståelse på atomniveau af, hvordan strålingsskader opstår i organiske materialer. Disse oplysninger er essentielle for at udvikle nye strategier til at forhindre eller minimere strålingsskader i en bred vifte af applikationer, herunder medicin, materialevidenskab og røntgenbilleddannelse.

Foruden forskerne fra DESY, MPSD, Aarhus Universitet og University of Hamburg inkluderede holdet også forskere fra UC Berkeley, University of Chicago og University of California, Irvine.