Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ionen sammeln Energie

10.12.2010
Entdeckung wirft neues Licht auf Strahlenschäden

Einen neuen Ionisationsvorgang haben Physiker der Universität Innsbruck erstmals beobachtet. Sie berichten in der Fachzeitschrift Physical Review Letters, dass die vom Niederländer Frans Michel Penning 1927 entdeckte Form der chemischen Ionisation auch mehrfach hintereinander auftreten kann. Diese überraschende und grundlegende Entdeckung könnte wesentlich zu einem besseren Verständnis von biologischen Strahlenschäden beitragen.


Dringt ionisierende Strahlung in Materie ein, gibt sie Energie an die umgebenden Atome oder Moleküle ab. Dabei werden Elektronen aus den Atomhüllen geschlagen und chemische Bindungen aufgebrochen, wobei reaktionsfreudige Radikale entstehen, die ihrerseits wieder Schäden hervorrufen können. Für Lebewesen können solche Strahlenschäden mitunter lebensbedrohlich sein.

Physiker um Prof. Paul Scheier vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck haben nun im Labor erstmals einen bisher unbekannten chemischen Ionisationsvorgang beobachtet, der bei der Entstehung von Strahlenschäden in biologischen Geweben eine bedeutende Rolle spielen könnte. Der Niederländer Frans Michel Penning hatte 1927 erstmals davon berichtet, dass durch die Übertragung von Anregungsenergie von einem Teilchen auf ein anderes ein Elektron aus dessen Atomhülle geschlagen werden kann.

Diese Form der chemischen Ionisierung kann, wie die Innsbrucker Physiker nun belegen, auch mehrfach hintereinander ablaufen. „Dabei sammelt ein ursprünglich gebildetes Ion Anregungsenergie aus einer weiten Umgebung. Es ist denkbar, dass dieser Mechanismus in biologischen Systemen die Auswirkung von Strahlenschäden verstärkt“, erklärt Paul Scheier.

Ultrakaltes Versuchslabor

Entdeckt haben die Physiker den chemischen Ionisationsvorgang in einem Laborexperiment an der Universität Innsbruck. Dabei stellen die Forscher flüssige Heliumtröpfchen her, die mit Teilchen wie Iodmethan dotiert werden. Die nur wenige Nanometer großen Tröpfchen haben eine Temperatur von 0,38 Kelvin und bilden eine ideale Plattform für die Untersuchung von Ionisationsvorgängen mittels Massenspektroskopie. Mehrere Heliumatome dieses Tröpfchens werden mithilfe eines Elektronenstrahls angeregt. Dies löst den von Penning beschriebenen Ionisationsvorgang aus, bei dem Anregungsenergie von einem Heliumatom auf ein Iodmethan-Molekül übertragen wird. Das Molekül wird dadurch gespalten, ein Elektron herausgeschlagen, und es entsteht ein positiv geladenes Ion. „Das für uns Überraschende war nun, dass sich dieser Ionisationsvorgang wiederholt“, erzählt Scheier. „Das bereits ionisierte Iod zieht ein weiteres angeregtes Heliumatom an, und dieses gibt erneut Anregungsenergie an das Iod ab, das ein weiteres Elektron verliert.“ Theoretische Berechnungen von schwedischen Forscherkollegen zeigen, dass die Polarisierbarkeit des angeregten Heliumatoms 200-Mal größer ist als von normalen Heliumatomen. „Dies ist der Grund, warum das Ion so attraktiv für das angeregte Heliumatom ist“, sagt Paul Scheier. „Dieser Mechanismus führt zu einer beträchtlichen Energieanreicherung, die in biologischen Systemen zu erheblichen Schädigungen mit Folgen für den Organismus führen kann.“

Weitere Experimente notwendig

Die Wissenschaftler wollen den neu entdeckten Ionisationsvorgang nun weiter untersuchen. „Grundsätzlich lässt sich das hier erprobte Experiment mit allen chemischen Elementen und auch mit Molekülen in beliebigen Flüssigkeiten durchführen“, betont Scheier. „Die energetischen Verhältnisse von Elementen wie Lanthan lassen sogar eine dreifache Penning-Ionisation erwarten.“ Unterstützt werden die Physiker bei ihren Forschungen vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und durch die Nachwuchsförderung der Universität Innsbruck.

Publikation: Sequential Penning Ionization: Harvesting Energy with Ions. Schöbel H, Bartl P, Leidlmair C, Daxner M, Zöttl S, Denifl S, Märk TD, Scheier P, Spångberg D, Mauracher A, and Bohme DK. Physical Review Letters 2010.

DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.243402

Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik
Technikerstrasse 25, A-6020 Innsbruck
Telefon: +43 (0) 512/507 6243
Mail: paul.scheier@uibk.ac.at
Mag.a Gabriele Rampl
Public Relations Ionenphysik
Telefon: +43(0)650/2763351
Mail: office@scinews.at
Web: http://www.scinews.at

Gabriele Rampl | scinews.at
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at/ionen-angewandte-physik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung
21.02.2017 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Sternenmusik aus fernen Galaxien
21.02.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

Physikerinnen und Physiker diskutieren in Bremen über aktuelle Grenzen der Physik

21.02.2017 | Veranstaltungen

Kniffe mit Wirkung in der Biotechnik

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit den Betriebsräten Sozialpläne

21.02.2017 | Unternehmensmeldung

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zur Sprache gebracht: Und das intelligente Haus „hört zu“

21.02.2017 | Messenachrichten