Ionisering af stof ved energetisk stråling forårsager generelt komplekse sekundære reaktioner, som er svære at tyde. Når en primær energetisk foton rammer et mål, udsendes en eller nogle få elektroner, som derefter kolliderer flere gange inde i materialet. Disse kollisioner kan udløse en kaskade af sekundære processer, såsom stød-excitation og -ionisering af atomer og molekyler i nærheden, hvilket skaber langsommere elektroner, brydning af kemiske bindinger og dannelse af radikaler og udveksling af energi og ladning mellem de exciterede partikler. I biologisk væv er radikaler og langsomme elektroner særligt skadelige på grund af deres evne til at bryde DNA-molekylets strenge.

I en række eksperimenter udført på synkrotronstrålingsanlægget Elettra i Italien og ASTRID2 ved Aarhus Universitet er det for nylig lykkedes et internationalt team af forskere ledet af Ltaief Ben Ltaief og Marcel Mudrich fra IFA at tyde hele kæden af processer, der følger primær fotoionisering af et kondenseret fase modelsystem -- superfluid helium nanodråber. Forskerne bestrålede helium nanodråberne, som var omkring 100 nm store og rejste i en stråle gennem vakuum med ekstrem ultraviolet stråling. De brugte to forskellige metoder til at detektere de udsendte elektroner, billeddannelse af hastighedskort og højopløsningselektronspektroskopi. På denne måde var de i stand til at løse alle primære og sekundære ioniseringsprocesser op til niveauet for de involverede exciterede kvantetilstande af dråberne og produkternes ladningstilstande.

De fandt ud af, at både elastiske og uelastiske elektronkollisioner ved heliumatomerne i nanodråberne effektivt inducerer yderligere ioniseringer ved en ny såkaldt Interatomic Coulombic Decay (ICD) proces medieret af stødexcitation og ladningsrekombination: I store heliumdråber med radius >40 nm , sekundære elektroner fanges effektivt i materialet og rekombinerer med deres forældreioner; de meget ophidsede arter skabt på denne måde interagerer med hinanden gennem ICD, hvilket forårsager deres gensidige ionisering. Denne indirekte ICD-proces bliver endda den dominerende kanal for elektron- og ionemission i store heliumdråber, der nærmer sig bulkgrænsen.

Mens helium nanodråber er et særligt gunstigt system til at studere denne form for lys-stof-interaktionsprocesser, som forskerne har påvist med adskillige undersøgelser før, forventes ICD-lignende sekundære ioniseringsprocesser at spille en vigtig rolle i andre kondenserede systemer, der udsættes for også ioniserende stråling; kun at deres signaturer er sværere at opdage eksperimentelt. Disse resultater vil forhåbentlig bidrage til bedre at forstå, hvordan ioniserende stråling forårsager skade i stoffet, hvilket er grundlaget for at udtænke bedre strålebeskyttelses- og strålebehandlingsordninger.

Læs mere her.