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Totale Elektronenstreuquerschnitte von Tetrahydrofuran

04.01.2010

Bei der Wechselwirkung zwischen ionisierender Strahlung und Materie werden Elektronen als Sekundärteilchen freigesetzt. Ein großer Teil der strahleninduzierten Schäden in biologischem Gewebe, die nach der Targettheorie auf eine Veränderung in DNA zurückzuführen sind, wird durch niederenergetische Elektronen verursacht. Für Simulationsrechnungen von Strahlenschäden ist daher die Kenntnis der Elektronenstreuquerschnitte für DNA-Bausteine unentbehrlich. Da bislang keine experimentellen Datensätze existierten, die eine solche Berechnung ermöglichen, wurde damit begonnen, die Elektronenstreuquerschnitte von Tetrahydrofuran und Trimethylphosphat zu bestimmen. Diese Moleküle dienen als Modellsysteme für die den DNA-Strang aufbauenden Molekülgruppen Deoxyribose und Phosphat.

Von grundsätzlicher Bedeutung ist hierbei der totale Elektronenstreuquerschnitt. Er stellt die integrale Summe aller Wechselwirkungsquerschnitte dar und wird zum einen benuzt, um die differentiellen elastischen und inelastischen Streuquerschnitte auf eine absolute Skala zu bringen. Zum anderen wird er zur Ermittlung der mittleren freien Weglänge bei Strahlentransportrechnungen benötigt.

Die Abbildung zeigt die in der PTB erstmals experimentell bestimmten totalen Streuquerschnitte von Tetrahydrofuran (C4H8O) für Elektronen im Energiebereich zwischen 4 eV und 1 keV. Zur Überprüfung der Additivitätsregel sind in der Abbildung die Summationswerte der totalen Elektronenstreuquerschnitte von CO, CH4 und C2H4 eingezeichnet. Es ist zu erkennen, dass im Energiebereich oberhalb von 30 eV die Additivitätsregel eine gute Näherung darstellt. Im Energiebereich um 20 eV, wo der totale Querschnitt nicht wie bei höheren Energien mit steigender Energie abnimmt, besteht dagegen eine deutliche Abweichung zwischen den beiden Datensätzen. Die ähnliche Energieabhängigkeit der totalen Streuquerschnitte von CO deutet darauf hin, dass diese Abweichung auf die unzureichende Berücksichtigung des Beitrags der polaren C-O Bindung zur Elektronenstreuung in der Additivitätsregel zurückzuführen ist.

Abbildung : Totale Elektronenstreuquerschnitte von Tetrahydrofuran als Funktion der Elektronenenergie. Die roten Kreise stellen die Summenwerte der totalen Streuquerschnitte von CO, CH4 und C2H2 dar.