东北大学多学科材料科学研究所，京都大学研究生院理科研究生院上田清教授和福泽博信助理教授小组，米乐m6官方网站永谷清信助理教授小组分析测量标准研究部由 RIKEN 同步辐射研究中心副研究主任 Norio Saito、组长 Masaki Oura 和德国海德堡大学 Lorenz Cederbaum 教授组成的联合研究小组观察到一种新现象，即当原子团中存在稳定的二价离子时，它们会电离周围的原子并发射低能电子。
当原子受到极高能量的 X 射线照射时，它会释放两个电子并产生稳定的二价原子离子。如果周围没有任何东西，这些稳定的二价离子将永远保持原样，但当它们处于一组原子中时，理论上预测它们会从相邻原子中窃取电子并成为一价离子，同时作为反应，也会发生一个过程，其中它们也会从另一个原子中射出电子。在此过程中，即使吸收能量非常高的 X 射线，也会发射能量非常低的电子。低能电子容易破坏生物分子，因此阐明X射线照射产生低能电子的过程对于控制辐射损伤和有效、准确地进行放射治疗具有重要意义。在这项研究中，我们使用由氖原子和氪原子组成的原子团作为模型系统，用大型同步辐射设施SPring-8提供的X射线对其进行照射，并利用先进的测量技术同时检测产生的许多离子和电子，以阐明低能电子的产生过程。
这项研究成果发表在英国科学电子杂志``自然通讯发布
这项研究是在文部科学省X射线自由电子激光器优先战略研究项目和联合研究中心项目的上田领导的联合研究小组的支持下进行的。
当物质受到X射线照射时，能量比X射线能量低一个数量级的电子就会飞出。尽管这种现象被用于多种情况，但其机制的细节尚未阐明。最近，从理论上预测了一种机制，即通过X射线照射产生的稳定二价离子从周围原子发射低能电子。在这项研究中，我们通过混合氖 (Ne) 和氪 (Kr) 原子进行了实验来证明这种机制。集群＊作为模型系统进行。由于实验需要波长均匀的强X射线，我们使用了大型同步辐射装置SPring-8获得的X射线。
构成所有物质的原子具有不同波长的 X 射线，它们根据类型倾向于吸收不同波长的 X 射线。在这项研究中，在SPring-8的光束线BL17SU处，将X射线波长调整到氖原子容易吸收的区域，并对氖原子和氪原子的混合物进行照射（见图），在团簇中产生二价氖离子。生成的二价氖离子是稳定的，如果周围没有任何东西（如果它们被隔离），它将保持为二价离子。然而，当双电荷氖离子周围存在多个氪原子时，就像这次采样的簇中一样，理论上预测，氪原子会从氪原子中窃取一个电子，成为一价氪离子，成为一价氖离子，然后从另一个氪原子上敲击一个电子，生成另一个一价氪离子（见图右上）。预计从第二个氪原子发射的电子能量非常低。结果，产生一个一价氖离子、两个一价氪离子和一个低能电子。
在这项研究中，我们同时测量了以这种方式产生的总共三个离子和电子的动量。在获得的电子动能分布中，我们检测到了单独在氖原子或氪原子中观察不到的低能电子，从而证明了一种新的理论预测机制。
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| 图。本研究阐明了反应过程。当氖原子和氪原子簇受到X射线照射时，会产生稳定的二价氖离子。如果这个离子被孤立，什么也不会发生，但如果它周围有一个氪原子，它就会从氪原子中窃取电子，变成一价离子，然后电离另一个氪原子，导致电子飞出。 |
在这项研究演示的过程中，当包含不同原子的族中的原子吸收X射线时，低能电子几乎100%的概率会飞出。低能电子会破坏脱氧核糖核酸 (DNA) 链，导致细胞死亡。因此，一一阐明X射线照射产生低能电子的过程，有望对控制辐射损伤、有效、准确地进行放射治疗发挥重要作用。