作者金·克里格，康涅狄格大学 直接命中
软x射线(白色)击中钬原子(绿色)
光电放大钬原子，释放出能量(紫色)，跳跃到钬周围的80碳富勒烯笼中
笼子也失去了一个电子
学分:康涅狄格大学 物理学家在3月17日出版的《物理评论快报》上报道说，一束x光可以解开一个巨大的分子
他们的发现可能导致更安全的医学成像和对重金属电子学更细致入微的理解
医学成像技术，如核磁共振成像，使用元素周期表底部的重金属作为“染料”，使某些组织更容易看到
但是这些被称为镧系元素的金属是有毒的
为了保护接受核磁共振成像的人，一些化学家把镧系元素包裹在碳原子的笼子里
分子物理学家拉兹布·奥贝德和他的导师
物理系的诺拉·贝拉想知道更多关于镧系元素如何与包裹在里面的碳笼相互作用的信息
这些笼子有80个碳原子，被称为富勒烯，形状像足球
它们实际上并不与镧系元素结合；金属漂浮在笼子里
自然界中有许多类似的情况
例如，蛋白质通常有一个金属悬挂在一个巨大的有机分子(主要由碳组成)附近
因此，奥贝德和他来自堪萨斯州立大学、斯坦福脉冲研究所、海德堡马克斯·普朗克研究所和海德堡大学的合作者团队研究了80碳富勒烯中镧系元素钬的三个原子如何与x光反应
他们最初的猜测是，当x光第一次击中钬原子时，它会被电子吸收
但是那个电子会被吸收的x光激发到飞出原子，留下一个空位
那个点会被钬的另一个电子占据，它必须从原子的外缘跳下来才能填满它
那个电子以前曾与原子外围的另一个电子合作
当它跳下来时，它孤独的前任，被称为俄歇电子，会远离整个分子，被科学家探测到
它独特的能量会泄露出去
物理学家认为，这听起来很复杂，但这可能是最简单的(也是最有可能的)场景
但这不是他们看到的
当奥贝德和他的同事用软x光(约160电子伏)照射钬富勒烯分子时，探测到的俄歇电子数太低了
太多的电子能量远低于俄歇电子应有的能量
经过一番计算，团队发现发生的事情比他们想象的要多
首先，x光会击中钬，钬会失去一个电子
然后空位将被钬原子的外边缘电子填充
这是正确的
但是跳跃电子释放的能量(当它从原子外围“向下”跳跃到内部时，它也“向下”跳跃能量)将被碳富勒烯笼或另一个相邻的钬原子吸收
在这两种情况下，能量都会导致额外的电子远离吸收它的任何东西，富勒烯笼或钬原子
失去这些多重电子会破坏整个分子的稳定性，然后整个分子就会完全分裂
最终结果？ “你可以通过撞击84个原子中的一个来诱发辐射损伤，”奥贝德说
也就是说，一次x光照射就足以通过这种涉及相邻原子的能量转移过程摧毁整个分子复合体
奥贝德说，它让人们对生命系统中辐射损伤是如何发生的有了一些了解
人们一直认为辐射通过直接剥离电子来损伤组织
这个实验表明，电离的原子或分子与其邻居之间的相互作用会比最初的辐射造成更大的破坏和衰变
这项工作也给了医学物理学家一个想法，即如何限制病人接触在医学成像中用作染料的重金属
研究人员说，屏蔽身体的所有部分免受辐射，除了那些用重金属染料成像的部分，可以潜在地限制重金属暴露以及辐射损伤
这项工作的下一步将是准确理解这种与邻居的互动发生的速度
研究人员预计这将在几飞秒(10-15秒)内发生
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