离子疗法利用复杂的原子效应来破坏癌细胞

离子束现在经常用于癌症治疗：这涉及在肿瘤中发射的带电原子以破坏癌细胞。虽然，实际上并不是离子本身会导致决定性的伤害。当离子穿透固体材料时，它们可以与许多单独的电子共享其部分能量，然后继续以相对较低的速度移动 - 正是这些电子随后破坏了癌细胞的DNA。

这种机制很复杂，尚未完全理解。TU Wien的研究人员现在能够证明，之前很少观察到的效应实际上在这种情况下发挥了关键作用：由于称为原子间库仑衰变的过程，离子可以将额外的能量传递给周围的原子。这释放了大量的电子，恰好有适量的能量对癌细胞的DNA造成最佳损害。为了理解并进一步提高离子疗法的特殊效果，必须考虑这种机制。该结果最近发表在专业出版物Journal of Physical Chemistry Letters上。

一个快速的粒子 - 或许多慢的粒子

当带电粒子以极快的速度穿透物质时 - 例如人体组织 - 它会在它的尾迹中留下一个巨大的原子混乱：“这可以引发一连串的影响，”最近出版物的第一作者Janine Schwestka说。目前正在由Friedrich Aumayr教授和Richard Wilhelm博士领导的团队中完成论文。当离子穿过其他原子时，这些和其他粒子可以被电离，快速电子飞来飞去，然后与其他粒子碰撞。最终，快速的带电离子可以触发数百个电子的粒子淋浴，每个电子具有更低的能量。

在日常生活中，我们习惯于比速度更快的物体具有更强烈的效果 - 足球踢得足以在瓷器店中造成比轻轻滚入的物体更多的伤害。然而，在原子水平上，这不是适用：“慢电子破坏DNA链的可能性要大得多。相反，极快的电子通常只是飞过DNA分子而不会留下痕迹，”Janine Schwestka解释道。

从一个电子壳到另一个

来自TU Wien的团队最近仔细研究了一种非常特殊的效果 - 即原子间库仑衰变。“离子的电子可以呈现不同的状态。根据它们有多少能量，它们可以位于一个内壳中，靠近原子核，或外壳中，”Janine Schwestka说。并非所有可能的电子空间都被占用。如果中等能量范围内的电子壳是自由的，则电子可以从具有更高能量的壳穿过那里。这释放能量，然后通过原子间库仑衰变传递给材料：“离子同时将这种能量转移到直接附近的几个原子。

氙和石墨烯

在巧妙的实验装置的帮助下，现在可以证明这一过程的有效性。在石墨烯层上拍摄多次带电的氙离子。来自外部氙壳的电子以较少的能量切换到另一壳中的位置，导致电子与石墨烯层中的多个碳原子分离，然后由检测器记录，以便测量它们的能量。“实际上，通过这种方式，我们能够证明原子间库仑衰变在材料中产生大量自由电子起着至关重要的作用，”Friedrich Aumayr教授说。

为了正确描述离子束与固体材料或有机组织的相互作用，必须考虑这种效应。一方面，这对于优化用于治疗癌症的离子束疗法非常重要，但对于其他重要领域也是如此，例如保护空间站工作人员的健康，在那里您将受到来自宇宙辐射的持续粒子轰击。

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