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Das Team um Janine Schwestka analysierte den interatomaren Coulomb-Zerfall © TU Wien
Das Team um Janine Schwestka analysierte den interatomaren Coulomb-Zerfall © TU Wien

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Ionenstrahl vs. Krebs: Physiker zeigen Rolle langsamer Elektronen auf

19.08.2019

In der Ionentherapie werden Strahlen geladener Teilchen gegen Krebszellen eingesetzt. Auf ihrem Weg durch das Gewebe lösen sie vielerlei Prozesse auf atomarer Ebene aus. Die Rolle eines bisher nicht völlig verstandenen Effekts, der zur Zerstörung von Krebszellen-DNA durch langsame Elektronen führt, beleuchten nun Wiener Physiker im Fachblatt "Journal of Physical Chemistry Letters".

Werden die Ionenstrahlen mit großer Geschwindigkeit auf Tumore geschossen, interagieren sie mit den dortigen Teilchen, aus denen das menschliche Gewebe aufgebaut ist, auf vielfache Weise. So können sie etwa im Zuge von Zusammenstößen einen Teil ihrer Energie auf mehrere einzelne Elektronen verteilen. Diese sind dann zwar langsam unterwegs, als Zerstörer der DNA der Krebszellen aber recht erfolgreich, wie es in einer Aussendung der Technischen Universität (TU) Wien heißt.

Dem Mechanismus, der für derart langsame Elektronen sorgt, sei in diesem Zusammenhang bisher noch wenig Aufmerksamkeit geschenkt worden. Ein Team um Janine Schwestka vom Institut für Angewandte Physik der TU analysierte nun mittels Experimenten den interatomaren Coulomb-Zerfall und seinen Beitrag zur Wirkung der Ionentherapie genauer.

Energie verteilt sich auf mehrere Atome

Wechseln Elektronen mit hoher Energie aus den inneren Schalen, nahe dem Atomkern des Ions, in unbesetzte Schalen weiter außen, wird Energie frei, die dann an das umliegende Material abgegeben wird. Bei den betroffenen Atomen "wird jeweils ein Elektron herausgelöst, aber weil die Energie auf mehrere Atome aufgeteilt wird, handelt es sich dabei um lauter recht langsame Elektronen", so Schwestka.

In welchem Ausmaß das geschieht, zeigten die Wissenschafter nun anhand eines Experiments, bei dem sie geladene Xenon-Ionen auf eine Barriere aus dem aus einer Atomlage Kohlenstoff bestehenden Materials Graphen schossen. Dabei wurde klar, dass Elektronen in erstaunlich großer Zahl aus den Kohlenstoff-Atomen herausmanövriert werden, wenn die Elektronen im Xenon die Schale wechseln. Die Ergebnisse würden zeigen, dass der Coulomb-Effekt stärker berücksichtigt werden sollte, wenn es etwa um die Verbesserung von Ionenstrahltherapien geht, so die Forscher.

Service: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b01774

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