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Elektronenstreuquerschnitte von Pyrimidin mit dem komplexen optischen Potentialmodell berechnet

14.12.2012

Die Streuung von Elektronen an Pyrimidin, einer heterozyklischen aromatischen organischen Verbindung, ist in letzter Zeit in zunehmendem Maße Gegenstand experimenteller und theoretischer Studien geworden. Als der Grundbaustein für die Nukleinbasen Cytosin und Thymin ist dessen Elektronenstreuquerschnitt nicht nur von Bedeutung für die Ermittlung von Strahlenschäden im Bereich der DNS sondern auch geeignet für die Überprüfung der Zuverlässigkeit theoretischer Modelle auf Grund seiner relativ hohen molekularen Polarisierbarkeit, des hohen permanenten Dipolmoments und der großen räumlichen Ausdehnung der Ladungsverteilung [1].

Die totalen Elektronenstreuquerschnitte von Pyrimidin wurden mit Hilfe des komplexen optischen Potentialmodells [2] für Elektronenenergien zwischen 5 eV und 1 keV berechnet. Bei der Aufstellung des optischen Potentials wurde die mit dem quantenchemischen Programm Gaussian 09 [3] errechnete Ladungsverteilung sowie Single-center-expansion-Methode unter der Berücksichtigung der Molekülsymmetrie verwendet. Anschließend wurde die betreffende Schrödingergleichung mit Hilfe der Variable-phase-Methode [4] gelöst.

Da Pyrimidin ein relativ hohes permanentes Dipolmoment besitzt, können elektrische Felder das Molekül zur Rotation anregen und es treten bei der Elektronenstreuung Rotationsanregungen auf. Deshalb wurden zusätzlich die Energieniveaus für die Rotationsübergänge in Pyrimidin berechnet und dann mit Hilfe der Bornschen Näherung der Wirkungsquerschnitt für Elektronenstreuung mit gleichzeitiger Rotationsanregung bestimmt.

Die totalen Elektronenstreuquerschnitte ergaben sich als die Summen aus den Wirkungsquerschnitten für elastische Streuung, für inelastische Streuung mit elektronischer Anregung sowie für inelastische Streuung mit Rotationsanregung. Die Ergebnisse sind in der Abbildung im Vergleich zu experimentellen Daten dargestellt. Die Abbildung zeigt, dass die relative Energieabhängigkeit der experimentellen Ergebnisse gut durch die der theoretischen Werte wiedergegeben wird.

Abb. : Relative Energieabhängigkeit der experimentellen () totalen Elektronenstreuquerschnitte von Pyrimidin. Die durchgezogene Linie stellt die Energieabhängigkeit der mit Hilfe des komplexen optischen Potentialmodells berechneten theoretischen Werte dar. Die beiden Datensätze sind auf den Wert bei 100 eV normiert.

Literatur

  1. P. Palihawadana, J. Sullivan, M. Brunger, C. Winstead, V. McKoy, G. Garcia, F. Blanko, and S. Buckman, Phys. Rev. A 84, 062702 (2011)
  2. A. Jain and K. L. Baluja, Phys. Rev. A 45, 202 (1992)
  3. Gaussian 09, Gaussian, Inc., Wallingford, USA
  4. F. Calegro, Variable Phase Approach to Potential Scattering (Academic Press, Newyork, (1967)