فيلم ذري يكشف المحرك الخفي للضرر الإشعاعي

في خطوة رائدة، تمكن العلماء من تصوير الذرات وهي تتفاعل قبل أن تتفكك، مما يكشف عن العمليات الخفية وراء الضرر الإشعاعي.

أول فيلم ذري يكشف عن المحرك الخفي للضرر الإشعاعي

قام العلماء بتصوير الذرات وهي تتجول قبل أن تنفجر، مما يكشف عن المحرك الخفي للضرر الإشعاعي.

العملية

يركز البحث على الاضمحلال بوساطة نقل الإلكترون (ETMD)، وهي عملية تعتمد على الإشعاع ويمكن أن تتسبب في تفكك الذرات المرتبطة بشكل فضفاض. هذه الآلية مهمة بشكل خاص لأنها يمكن أن تولد جزيئات شديدة التفاعل في الماء، مما يجعلها عاملاً رئيسياً في كيفية تدمير الإشعاع للأنظمة البيولوجية.

التجربة

وتتبع العلماء هذه العملية بتفاصيل رائعة باستخدام مجهر تفاعل متخصص، بالإضافة إلى عمليات محاكاة نظرية متقدمة. وقد سمح لهم ذلك بمتابعة كيفية تطور الاضمحلال مع مرور الوقت في نظام نموذجي يتم التحكم فيه بعناية.

ما اكتشفوه

أنشأ الفريق بشكل فعال “فيلمًا” في الوقت الفعلي للذرات التي تتحرك حول بعضها البعض لمدة تصل إلى بيكو ثانية قبل أن يتفكك النظام أخيرًا. يكشف هذا عن عملية ديناميكية ومتغيرة باستمرار بدلاً من حدث بسيط وثابت.

لماذا يهم

توفر هذه النتائج صورة أوضح لكيفية تطور الضرر الإشعاعي على المستوى الذري. ومن خلال فهم هذه العملية بشكل أعمق، يمكن للباحثين تحسين نماذج تأثيرات الإشعاع في البيئات البيولوجية وربما توجيه استراتيجيات الحماية المستقبلية.

كيف يدمر الإشعاع الخلايا على المستوى الذري

يمكن للإشعاعات عالية الطاقة، مثل الأشعة السينية، أن تلحق الضرر بالخلايا الحية عن طريق إزعاج الذرات والجزيئات. عندما يحدث هذا، تصبح هذه الجسيمات متحمسة وغالبًا ما تتحلل، مما قد يؤدي إلى تدمير الجزيئات الحيوية المهمة وتعطيل الأنظمة البيولوجية الأكبر. نظرًا لإمكانية حدوث العديد من أنواع عمليات الاضمحلال المختلفة، يدرسها العلماء عن كثب لفهم كيفية تسبب الإشعاع في الضرر وكيفية تقليله بشكل أفضل.

في دراسة جديدة، ركز الباحثون من قسم الفيزياء الجزيئية والمتعاونون الدوليون على عملية محددة تعتمد على الإشعاع تسمى الاضمحلال بوساطة نقل الإلكترون (ETMD). في هذه العملية، يقوم الإشعاع أولاً بإثارة الذرة. ثم تقوم تلك الذرة بتثبيت نفسها عن طريق سحب إلكترون من ذرة مجاورة، في حين أن الطاقة المنطلقة تؤين جارًا ثالثًا. كان الفريق قادرًا على ملاحظة كيفية تحول الذرات في النظام النموذجي وإعادة تنظيمها بشكل مباشر قبل حدوث هذا التحلل غير العادي. توفر نتائجهم العرض الأكثر تفصيلاً للمساحة الحقيقية وفي الوقت الفعلي لـ ETMD حتى الآن.

تتبع الحركة الذرية في الوقت الحقيقي

للتحقيق في هذه العملية، استخدم العلماء نظامًا نموذجيًا بسيطًا مصنوعًا من ذرة نيون واحدة مرتبطة بشكل ضعيف بذرتي كريبتون (NeKr2 Trimer). بعد إخراج إلكترون من ذرة النيون باستخدام الأشعة السينية الناعمة، تابعوا كيفية تطور النظام لمدة تصل إلى بيكو ثانية، وهي فترة طويلة للغاية على مقياس زمني ذري، قبل حدوث الاضمحلال. خلال هذا الوقت، تم نقل الإلكترون بين الذرات وينبعث إلكترون منخفض الطاقة.

باستخدام مجهر التفاعل COLTRIMS المتقدم في منشآت السنكروترون BESSY II (برلين) وPETRA III (هامبورغ)، أعاد الباحثون بناء الترتيب الدقيق للذرات في لحظة حدوث الاضمحلال. لقد ربطوا هذه القياسات بعمليات محاكاة تفصيلية مبدئية تتبعت آلاف المسارات الذرية المحتملة وحسبت مدى احتمالية الاضمحلال على طول كل مسار.

“فيلم” الذرات وهي تتحرك

كشفت النتائج عن شيء غير متوقع. ولم تبقى الذرات ثابتة في مكانها. وبدلاً من ذلك، تحركوا في نمط يشبه التجوال، وقاموا بتغيير مواقعهم باستمرار وإعادة تشكيل بنية النظام. أثرت هذه الحركة بقوة على توقيت ونتائج الاضمحلال.

يقول فلوريان ترينتر، أحد المؤلفين الرئيسيين: “يمكننا أن نشاهد حرفيًا كيف تتحرك الذرات قبل حدوث الاضمحلال”. “إن التحلل ليس مجرد عملية إلكترونية، بل يتم توجيهه بواسطة الحركة النووية بطريقة مباشرة وبديهية للغاية.”

تظهر الدراسة أن ETMD لا يحدث من بنية مستقرة واحدة. ترتيبات مختلفة تهيمن في لحظات مختلفة. في وقت مبكر، يحدث الاضمحلال بالقرب من التكوين الأصلي. وفي وقت لاحق، تتحرك ذرة الكريبتون بالقرب من ذرة النيون بينما تتحرك الأخرى بعيدًا، مما يخلق ظروفًا مواتية لنقل الإلكترون وتدفق الطاقة. وحتى في مراحل لاحقة، تشكل الذرات أشكالًا أكثر تمددًا وتشويهًا، مما يعكس حركة متأرجحة ومتجولة. تتسبب هذه التغييرات في اختلاف معدل الانحلال بشكل كبير اعتمادًا على الشكل الهندسي.

يوضح تيل جانكي، المؤلف الرئيسي للدراسة: “تستكشف الذرات مناطق كبيرة من مساحة التكوين قبل أن يحدث الاضمحلال أخيرًا”. “هذا يدل على أن الحركة النووية ليست تصحيحًا بسيطًا – فهي تتحكم بشكل أساسي في كفاءة التحلل الإلكتروني غير المحلي.”

لماذا يهم فهم ETMD

لقد اجتذبت ETMD اهتمامًا متزايدًا لأنها تنتج إلكترونات منخفضة الطاقة، والتي يمكن أن تؤدي إلى تلف كيميائي في السوائل والمواد البيولوجية. إن معرفة كيفية اعتماد هذه العملية على الترتيب الذري والحركة أمر ضروري لنمذجة الضرر الإشعاعي بدقة في الماء وفي البيئات البيولوجية، وكذلك لتفسير تجارب الأشعة السينية فائقة السرعة. تدعم النتائج أيضًا تطوير النماذج النظرية التي يمكنها تطبيق هذه الأفكار على أنظمة أكبر وأكثر تعقيدًا.

من خلال تقديم معيار دقيق لأبسط نظام قادر على ETMD بثلاث ذرات، توفر هذه الدراسة أساسًا لتوسيع هذه الأفكار لتشمل السوائل والأيونات الذائبة والأنظمة البيولوجية.

وخلص الباحثون إلى أن “هذا العمل يوضح كيف يمكن استخدام التحلل الإلكتروني غير المحلي كمسبار قوي للحركة الجزيئية”. “إنه يفتح الباب أمام تصوير ديناميكيات فائقة السرعة في مادة ضعيفة الارتباط بتفاصيل غير مسبوقة.”

المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily

تفتح هذه النتائج آفاقًا جديدة لفهم كيفية تأثير الإشعاع على الحياة، مما يمهد الطريق لتطوير استراتيجيات حماية أكثر فعالية.