Исследователи из Института Фрица Хабера впервые смогли в реальном времени наблюдать, как микроскопическое движение атомов влияет на опасный процесс электронного распада, который происходит под действием рентгеновского излучения и повреждает биологические ткани. Это открытие поможет точнее моделировать радиационное поражение и разрабатывать методы защиты.
В чём суть опасного процесса?
При облучении (например, рентгеном) возникает процесс распада, опосредованный переносом электронов (ETMD):
- Излучение выбивает электрон из атома.
- Этот возбуждённый атом «забирает» электрон у соседнего атома.
- Высвободившаяся энергия выбивает электрон уже из третьего близлежащего атома.
- В результате образуется поток низкоэнергетических электронов, которые способны повреждать молекулы воды и клеточные структуры (ДНК, белки), вызывая радиационное поражение.
До сих пор было непонятно, как именно и когда происходит этот каскад.
Как удалось это увидеть?
Учёные создали простейшую модель — тример NeKr₂ (один атом неона + два атома криптона).
- Его облучили мягкими рентгеновскими лучами.
- С помощью сверхточного реакционного микроскопа COLTRIMS на синхротронах BESSY II и PETRA III отследили положение и движение атомов с пикосекундным разрешением (триллионные доли секунды).
- Компьютерное моделирование рассчитало тысячи возможных траекторий движения атомов после облучения.
Ключевое открытие: атомы не стоят на месте
Оказалось, что атомы постоянно смещаются относительно друг друга, меняя расстояния и конфигурацию.
- Именно эта динамическая перестройка определяет момент и скорость электронного распада.
- В зависимости от того, как расположены атомы в конкретный момент, скорость выброса электронов может меняться почти в 10 раз.
Почему это важно для медицины и технологий?
- Понимание радиационного повреждения: процесс ETMD — одна из ключевых причин повреждения тканей при лучевой терапии и радиационных авариях. Теперь можно точнее смоделировать, как излучение разрушает биомолекулы и воду в клетках.
- Разработка радиопротекторов: знание механизма позволит искать вещества, которые могли бы блокировать или замедлять этот каскад электронов.
- Безопасность рентгеновских исследований: поможет оценивать и минимизировать побочные эффекты от диагностических процедур.
- Фундамент для сложных систем: исследование на простой трёхатомной системе закладывает основу для изучения жидкостей, биологических сред и сольватированных ионов.
Таким образом, работа впервые связала наносекундную динамику атомов с опасным радиационным процессом, открыв путь к более точному управлению воздействием излучения на живое.