产生慢电子的新模式/生物辐射损伤的解释？

加兴/格赖夫斯瓦尔德马克斯普朗克等离子物理所（IPP）以及柏林弗里兹哈珀（Fritz Haber）研究所的科学家发现了迄今所不为人知高能辐射在水中释放慢电子的一种新方式。此项研究结果发表在著名科学期刊《自然物理》上。自由电子在化学过程中有着重要的作用。它们可能对有机组织产生的辐射损伤有着直接关联。

在电离辐射接触物质后，就会连续释放大量的慢电子。此前人们一直认为，这些电子是由电离辐射从所遇到的粒子-比如说一个水分子-的电子层打出来的。柏林科学家在实验中用来自柏林同步辐射装置BESSY的软X射线轰出了水分子团，极小的冰核。他们从中找到了所期待的那些慢电子。此外还看到了一个新事件：两个相邻的水分子聚合在一起，协同提高了慢电子的产量。
材料首先吸收了X射线的辐射能量：一个水分子被电离并释放一个电子。该电子并没有带走所吸收的X射线光子的所有能量。还有一部分残留在离子上，又过几飞秒后再一个电子被释放出来。（一飞秒是一个十亿分之一秒的百万分之一。比如在一个化学过程中电子调整自身状态就需要几飞秒的时间。）后面这个过程称为自电离 - 分子将其自本身电离。

马克斯普朗克的科研人员现在发现，两个相邻的水分子可以为一个自电离过程而结合在一起。它们共同达到某个更方便释放一个电子的能量状态。为此先产生的那个离化的分子会把剩余的能量传导到第二个分子上，再由后者释发出自己的电子。这种能量转移甚至可以跨过不接触的空域，在两个分子之间不需要形成化学联系。

这个发现其实也毫不奇怪。十多年前，海德堡大学的理论家洛伦茨﹒塞德鲍姆（Lorenz Cederbaum）和同事已经预言了这种“分子间库仑衰变”。在冰冻的惰性气体中已经观察到该现象。现在为了在水中毫无疑问地测到本现象，需要一个特别的可以用于检验两个成对电子的实验技术。

IPP科研人员的研究结果表明，水中的这个过程 -在有机组织大概同样如此- 可能有助于解释辐射损伤是如何出现的。 “在生物组织中释放出来的慢电子可能给生物分子带来致命后果”，在柏林Bessy的马普IPP科研小组的乌韦﹒赫根汉说道，“人们在最近几年才知道，这些电子的附着象剪刀一样把有机分子切成两段。然而人们对于种种这类过程究竟是如何在分子水平上造成的辐射损伤还所知甚少。很明显这是一个重要研究领域。”但分子间的库仑衰变也对其他的化学过程具有重要意义：一个水分子与另一种在水中深化的物质之间成对的协同作用可能可以从分子水平上解释溶化过程是如何发生的。

IPP科研人员的这项成果最近发表在著名的专业杂志《自然物理学》杂志上。同时发表的还有一篇补充性的实验，法兰克福大学的一个工作组认为分子间库仑衰变可能在最小的、仅由两个水分子构成的的水分子团中出现。

*** A hitherto unrecognized source of low energy electrons in water. Autoren: Melanie Mucke 1, Markus Braune 2, Silko Barth 1, Marko Förstel
1,3, Toralf Lischke 1, Volker Ulrich 1, Tiberiu Arion 1, Uwe Becker 2, Alex Bradshaw 1,2 und Uwe Hergenhahn 1,4
(1 Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching, 2 Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin, 3 Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg, 4 Helmholtz-Zentrum Berlin)
http://dx.doi.org/10.1038/nphys1500

（何宏译）

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