极紫外及其诱导的低能电子在水中径迹结构的模拟

• 作 者: 刘青松
• 机 构: 山东大学
• 出 处: 山东大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 极紫外辐射 低能电子 径迹结构 光电效应 康普顿散射 Monte Carlo方法

极紫外辐射生物效应是一个重要的研究领域。辐射可以导致生物组织一系列的后果，诸如DNA断裂、基因突变以及细胞的癌变和死亡等。研究极紫外光子辐射在生物组织中散射的物理过程及其能量沉积分布，对辐射诱导DNA损伤的研究等具有重要的意义。　　
极紫外光子辐射的初始能量较低，大概在几十个电子伏到几百个电子伏的范围内。光子与等效为生物组织材料的水介质发生相互作用，可以发生光电效应、康普顿散射、电子对生成和三电子生成等物理过程。但是在极紫外频段的低能领域内，往往仅需考虑光电效应即可。在中高能的光子入射时，才需要考虑康普顿散射、电子对生成和三电子生成等。本文重点介绍了光电效应和康普顿散射的原理及其散射截面的概念和理论推导。最后，本文使用被广泛承认和采用的EPDL97光子截面数据库的光电效应散射截面，建立了极紫外光子入射水介质的散射模型。　　
光电效应反应后产生光电子，光电子作为入射电子继续与水介质发生相互作用。在模拟电子与水介质相互作用时，本文考虑了弹性散射，电离的五个模式，激发的五个模式，以及水分子的振动激发和转动激发分模式，最后，当电子能量小于等于0.005eV时，认为电子能量将一步内全部沉积在作用点上，径迹结构终止，即为在能量小于等于0.005eV时进行热能化处理。　　
基于MonteCarlo随机抽样方法，考虑光子与水分子的光电效应，电子与水分子的弹性散射、电离的五个模式、激发的五个模式、水分子的振动激发和转动激发的分模式以及热能化处理等反应类型，编写程序记录散射作用点的空间坐标，可以模拟极紫外光子在水中的空间径迹结构。最后，根据得到的坐标点数据和能量损失数据表，使用μ-随机抽样方法，抽样计算在DNA模型化了的2.3×2.3nm尺寸的小圆柱体内的能量沉积绝对频率分布。本文得到了极紫外初始能量分别为100eV、75eV、50eV和25eV的能量沉积绝对频率分布，并且与100eV初始能量的低能电子入射得到的能量沉积绝对频率分布进行了比较。最后，本文对极紫外径迹结构的模拟结果和能量沉积绝对频率分布结果进行了分析。本文得到的结果为辐射诱导DNA损伤的研究提供了科学依据。