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Parametrisierung der Wirkungsquerschnitte von DNA-Molekülen für Protonenstoß

11.12.2015

Wirkungsquerschnitte zur Beschreibung der Wechselwirkung von Protonen mit DNA-Molekülen sind essentielle Eingangsparameter für Simulationscodes, die beispielsweise die DNA-Schädigung in der Protonentherapie auf nanometrischer Ebene abschätzen. Innerhalb des EMRP Projektes SIB06 „BioQuaRT“ wurden die doppelt-differentiellen Ionisierungsquerschnitte (DDCS) für DNA-Bausteine in einem crossed-beam Experiment gemessen. Die Protonenenergien wurden für die Experimente an Tetrahydrofuran-Molekülen zwischen 75 keV und 3 MeV und für die Experimente von Pyrimidin und Trimethylphosphat zwischen 75 keV und 135 keV variiert. Die DDCS sind abhängig von Protonenenergie, Sekundärelektronenenergie (gemessen zwischen 1 eV und 200 eV) sowie vom Emissionswinkel der Sekundärelektronen (gemessen zwischen 15° und 150°).

Abb. 1: Modellfunktionen und experimentelle Daten einiger DDCS für Elektronenemission im Energiebereich zwischen 20 eV und 125 eV nach Protoneneinfall mit Energien von 75 keV bzw. 135 keV auf Tetrahydrofuran als Funktion des Emissionswinkels ϑ.

Die gemessenen DDCS wurden mit Hilfe physikalischer Modelle parametrisiert (siehe Abb. 1). Eine wichtige Anforderung an die Modelle war die physikalisch begründbare Extrapolation der gemessenen DDCS zu vorwärts- und rückwärtsgerichteten Winkeln die aufgrund der experimentellen Gegebenheiten nicht vermessen werden konnten. Um einfach-differentielle und totale Ionisierungsquerschnitte zu erhalten wurden die Modellfunktionen der DDCS im Folgenden über Emissionswinkel und Sekundärelektronenenergien integriert. Der auf diese Weise erhaltene vollständige Satz an Wirkungsquerschnitten wurde in den Simulationscode PTra [1] implementiert und wird zukünftig auch im Geant4-System [2] verfügbar sein.

Literatur

  1. M. U. Bug et al., Radiat. Phys. Chem. 81:1804 (2012).
  2. S. Incerti et al., Med. Phys. 37: 4692 (2010).