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Spurstuktursimulation von Elektronen in Pyrimidin

14.12.2012

Das Ausmaß einer strahleninduzierten Schädigung der DNS kann durch nanodosimetrische Größen abgeschätzt werden. Diese Größen, wie beispielsweise die Ionisationsclustergröße, unter der man die durch ein Primärteilchen erzeugte Anzahl der Ionisationen von Molekülen innerhalb eines spezifizierten Volumens (z.B. einem kurzen Abschnitt der DNS) versteht, charakterisieren die Teilchenspurstruktur.

Die Bestimmung von nanodosimetrischen Größen innerhalb solch kleiner Volumina ist durch Simulationen der Spurstruktur möglich. Für diese werden die Streuquerschnitte für alle möglichen Wechselwirkungen der Teilchen mit DNS-Bausteinen benötigt (also für die Desoxyribose, die Phosphatgruppe sowie die vier Nukleinbasen mit der Grundstruktur von Pyrimidin oder Purin). Aufgrund ihrer großen Anzahl tragen insbesondere Sekundärelektronen zu einer Strahlenschädigung bei und sind deshalb für die Spurstruktursimulation von größter Bedeutung.

Experimentell bestimmte Elektronenstreuquerschnitte von Pyrimidin (einfach differentielle elastische und totale Elektronenstreuquerschnitte) wurden analysiert. Daraus wurde ein vollständiger Satz an Streuquerschnitten für die Spurstruktursimulation erarbeitet (experimentell bestimmte differentielle, integrale elastische und totale Elektronenstreuquerschnitte sowie theoretisch berechnete totale und differentielle inelastische Streuquerschnitte).

Spurstruktursimulationen von Elektronen in Pyrimidin zeigen, dass die Ionisationsclustergröße in einem Volumen, das 10 Basenpaaren der DNS entspricht, der des Desoxyribose-äquivalenten Tetrahydrofuran gleichkommt (Abbildung). Es ist deutlich zu erkennen, dass für Wasser, welches in Simulationen typischerweise als Modellsubstanz für die DNS herangezogen wird, die Ionisationsclustergröße für niedrige Elektronenenergien signifikant geringer ist.

Abb. : Mittlere Ionisationsclustergröße erzeugt durch Elektronen in nanometrischen Volumina der DNS-Bausteine Pyrimidin und Tetrahydrofuran sowie für Wasser.