Interatomarer Coulombzerfall in Wasser - mögliche Ursache für Strahlenschäden an biologischer Materie
Final Report Abstract
Die im Antrag beschriebenen wissenschaftlichen Ziele konnten erreicht werden: die im Rahmen der Förderung durchgeführten Untersuchungen lieferten den Beweis, dass Interatomic Coulombic Decay (ICD) auch in Wasser stattfindet. Die gemessenen ICD-Elektron haben tatsächlich kinetische Energien, die in einem für Strahlenschäden an biologischer Materie relevanten Bereich liegen. Eine die Messung ermöglichende Apparatur mit einer Quelle für Wassercluster wurde im Fördederzeitraum aufgebaut und eingesetzt. Am BESSY Synchrotron wurde die Messung durchgeführt und innerhalb von zwei Wochen eine Datenmenge von etwa 5Tb Rohdaten aufgenommen. Die Analyse der Daten zeigte, dass eine Identifikation von ICD in Wasserdimeren - wie im Antrag vermutet - nicht trivial ist. Durch die Koinzidenzmessung wurde denoch das Ziel erreicht, indem sich folgende Einzelindizien kombinieren ließen: • Es wurden Aufbrüche des Dimers in H2O+/H2O+ beobachtet. • Die gemessenen Fragmentenergien entsprechen denen, die man für den Aufbruch eines Wasserdimers aus seiner Grundzustandsgeometrie erwartet. • Die Auswertung der Elektronenkoinzidenz zeigte, dass zusammen mit einem Photoelektron ein niederenergetisches Elektron emittiert wird. Alle Indizien zusammen lieferten den Nachweis von ICD in Wasserdimeren. Wie im Antrag beschrieben, erlaubt es die Meßmethode gleichzeitig mit der Messung der Zerfälle der Wasserdimere auch die im Clusterstrahl enthaltenen Wassermonomere zu untersuchen. Dieser Datensatz wurde im Rahmen einer Diplomarbeit ausgewertet. Es konnte unter anderem experimentell gezeigt werden, dass der im Wassermolekül auftretende Auger-Zerfall nach einer Dissoziation des Moleküls in H+/OH* bei riesigen internuklearen Abständen erfolgt. Ein Fingerabdruck dieses Vorgangs fand sich in der Emissionswinkelverteilung des Auger-Elektrons im molekularen Koordinatensystem. Es ist zu vermuten, dass es sich hierbei um einen sehr typischen Prozess handelt, der sich durch das in diesem Projekt entdeckte Emissionsmuster auch in anderen Molekülen identifizieren lassen sollte. Die Resultate zu ICD in Wasserdimeren konnten in Nature Physics veröffentlicht werden und fanden viel Anklang - sogar im populärwissenschaftlichen Bereich. Ausgelöst durch eine Presseerklärung der Universität Frankfurt wurde das Thema von mehreren Tageszeitungen und vielen wissenschaftlichen Onlinediensten behandelt. Dem Antragsteller wurde 2009 der Roentgenpreis der Universität Gießen zuerkannt. Hierbei wurden insbesondere die Arbeiten zu ICD an Wasserclustern gewürdigt.
Publications
- Localization Of Inner Shell Photo Electron Emission And ICD In Neon Dimers. J.Phys.B. 41, 101002 (2008)
K. Kreidi, T. Jahnke, Th. Weber, T. Havermeier, R. Grisenti, X. Liu, Y. Morisita, S. Schössler, L. Ph. H. Schmidt, M. Schöffler, M. Odenweller, J. Titze, N. Neumann, L. Foucar, F. Sturm, C. Stuck, H. Fukuzawa, G. Prümper, N. Saito, K. Ueda, A. Czasch, O. Jagutzki, H. Schmidt-Böcking, S. Semenov and R. Dörner
- Ultrafast Energy Transfer between Water Molecules. Nature Physics (2010)
T. Jahnke, H. Sann, T. Havermeier, K. Kreidi, C. Stuck, M. Meckel, M. Schöffler, N. Neumann, R. Wallauer, S. Voss, A. Czasch, O. Jagutzki, A. Malakzadeh, F. Afaneh, Th. Weber, H. Schmidt-Böcking, and R. Dörner
(See online at https://doi.org/10.1038/nphys1498)
