一次X射线打击足以摧毁整个分子

直接命中。柔和的X射线（白色）击中了atom原子（绿色）。光电子将off原子放大，释放出能量（紫色），该能量跃迁到围绕surrounding的80碳富勒烯笼中。然后，笼子也失去了一个电子。

辐射损害在近邻之间蔓延：单一的软X射线会破坏蛋白质大小的分子。

物理学家在3月17日出版的《物理评论快报》（Physical Review Letters）中报告说，单个X射线可以解开巨大的分子。他们的发现可能会导致更安全的医学成像，以及对重金属电子学的更细微的了解。

MRI等医学成像技术使用元素周期表底部的重金属作为“染料”，以使某些组织更易于观察。但是这些被称为镧系元素的金属是有毒的。为了保护获得MRI的人，一些化学家将镧系元素包裹在碳原子的笼子中。

分子物理学家拉齐布·奥拜德（Razib Obaid）和他的导师，物理学系的诺拉·贝拉（Norah Berrah）教授想进一步了解镧系元素如何与包裹在其中的碳笼相互作用。这些笼中有80个碳原子，被称为富勒烯，并且形状呈球形。像足球。它们实际上并没有与镧系键合；金属漂浮在笼子里。自然界中有许多类似的情况。例如，蛋白质通常具有一种金属，该金属与巨大的有机分子（即主要由碳制成）紧密相连。

“只要撞击84个原子中的一个，就可以引起辐射损伤。”—拉齐布·奥拜德（Razib Obaid）

因此，来自堪萨斯州立大学，斯坦福大学脉冲研究所，海德堡马克斯普朗克研究所和海德堡大学的Obaid及其合作者研究了80碳富勒烯中镧系元素element中的三个原子对X射线的反应。他们最初的猜测是，当X射线首先撞击一个atoms原子时，它将被电子吸收。但是，该电子会被吸收的X射线激发得很厉害，以至于它会飞出原子，留下一个空位。然后，该点将被另一个another电子捕获，后者必须从原子的外缘跳下来以填充它。该电子以前曾与原子郊区的另一个电子结合。当它跳下来时，其孤独的防爆原子被称为俄歇电子（Auger electronic），它将远离整个分子并被科学家发现，其独特的能量将其释放出去。

听起来很复杂，但是物理学家认为这将是最简单的（也是最有可能的）情况。但这不是他们所看到的。

当Obaid和他的同事用柔和的X射线（约160电子伏特）拍打富勒烯ene分子时，探测到的俄歇电子数量太少。太多的电子能量远小于俄歇电子应有的能量。

经过一番计算后，小组决定进行的工作比他们想像的要多。

首先，X射线会撞击hit，而lose会失去电子。然后，空位将被来自atom原子的外边缘电子填充。那是正确的。但是，跳跃电子释放的能量（当它从原子的郊区“向下”跃迁到内部时，它的能量也“向下”跃迁）然后将被碳富勒烯笼或相邻的另一个atoms原子吸收。无论哪种情况，能量都会导致一个额外的电子远离吸收它的物体，富勒烯笼或the原子。

失去这些多个电子会破坏整个分子的稳定性，然后整个分子将完全崩塌。

最终结果？

奥贝德说：“仅撞击84个原子中的一个，就可以引起辐射损伤。”也就是说，单次X射线撞击足以通过涉及相邻原子的这种能量转移过程破坏整个分子复合物。Obaid说，它使人们对辐射损伤如何在生命系统中发生有一些见解。人们一直认为，辐射是通过直接剥离电子来破坏组织的。该实验表明，离子化的原子或分子与其相邻分子之间的相互作用比原始辐照会导致更大的破坏和衰变。

这项工作还为医学物理学家提供了一个思路，即如何限制患者接触医学成像中用作染料的重金属。研究人员说，除了将要用重金属染料成像的那些部分屏蔽掉身体的所有部分之外，可能会限制重金属的暴露以及辐射的损害。这项工作的下一步将是确切地了解与邻居的交互发生的速度。研究人员预计它会在几飞秒（10-15 s）内发生。

参考：Razib Obaid，惠雄→，Sven Augustin，Kirsten Schnorr，Utuq Ablikim，Andrea Battistoni和Thomas J.沃尔夫（Wolf），雷内·比洛多（RenéC.
10.1103 / PhysRevLett.124.113002

这项工作是由能源，基础能源科学（BES）部，化学科学，地球科学和生物科学部资助的，资助号为DE-SC0012376。