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 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft
24.05.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten