Atomic and molecular collision processes relevant for radiation damages  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
73703
Type K
Principal investigator Sulik, Béla
Title in Hungarian Sugárkárosodás szempontjából fontos atomi és molekuláris ütközési folyamatok
Title in English Atomic and molecular collision processes relevant for radiation damages
Keywords in Hungarian molekula-fragmentáció, ionizáció, sugárkárosodás
Keywords in English fragmentation of molecules, ionization, radiation damage
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Atomic physics
Panel Physics 1
Department or equivalent Experimental molecular physics research group (HUN-REN Institute for Nuclear Research)
Participants Bene, Erika
Biri, Sándor
Gulyás, László
Herczku, Péter
Juhász, Zoltán
Kovács, Sándor
Kövér, Ákos
Starting date 2008-07-01
Closing date 2013-12-31
Funding (in million HUF) 12.460
FTE (full time equivalent) 6.25
state closed project
Summary in Hungarian
Projektjavaslatunk célja, hogy az atomi és molekuláris ütközések megértésére irányuló alapkutatásokat a sugárkárosodási effektusokhoz kapcsolódó gyakorlati igények mentén szervezze. Széles energiatartományban vizsgálnánk elsődleges és másodlagos ütközési folyamatokat. Két olyan mechanizmusra összpontosítunk, melyek erősen növelhetik a biomolekulák (víztől a DNS-ig) fragmentációjának valószínűségét. Ezeket a Bragg csúcs alacsony energiájú oldalán kívánjuk vizsgálni, több gyorsító mellett Debrecenben, illetve külső együttműködések keretében.

Az elsö vizsgált folyamat az ionizált molekulák un. Coulomb robbanásának és a direkt mag-mag ütközéseknek az összjátéka ionbombázás esetén. Ez a jelenség a 0.1-10 keV/u ionenergia tartományban tűnik különösen erősnek. A fragmentumok kilépési szögét és energiáját elektrosztatikus spektrométerekkel mérjük. Tervezünk koincidencia-méréseket, elektron illetve pozitron-bombázással végzett fragmentációs kísérleteket, és elméleti modellek kidolgozását is.

A másik téma gyors elektronok keletkezése ion-atom és ion-molekula ütközésekben az ún. Fermi-gyorsítás mechanizmusával. Ezek az elektronok erősen károsító hatású má-sodlagos sugárzásként tekinthetők. Egy széles energiatartományt átfogó szisztematikus vizsgálat keretében elsőként szeretnénk kísérletileg szétválasztani a lövedékről és a cél-tárgyról kiinduló elektron-emisszió járulékát, hogy ezt a különös de fontos jelenséget jobban megértsük.
Summary
Our aim is to organize fundamental research on atomic and molecular collisions accord-ing to the demands of applications related to radiation damages. We would study pri-mary and secondary processes in a wide energy range. We focus on two mechanisms which may significantly enhance the fragmentation yield of biomolecules (from water to DNA) by ion impact at the low energy side of the Bragg peak, by experiments in the ion energy range of 1-200 keV/u at different accelerators in Debrecen and in collabora-tions.

The first topic is Coulomb explosion following the ionization of the molecule by direct or electron transfer processes at ion impact. This undergoes in a many-nucleon system, where the direct interaction between the nuclei can significantly modify the explosion dynamics. This interplay looks important in the energy range of 0.1-10 keV/u. Energy and emission angle of the fragments are measured by electrostatic spectrometers. Coin-cidence experiments, fragmentation studies by electron and positron impact and theo-retical modeling are also planned.

The second topic is fast electron production in ion-atom and ion-molecule collisions by Fermi-shuttle acceleration. These electrons represent a secondary radiation, which may cause significant damages. Within an extended systematic study, we plan to first sepa-rate the target and projectile contributions to the fast electron yield experimentally, for a better understanding of this strange but important phenomenon.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Kiépítettünk egy mérőrendszert molekuláris gáz céltárgyak ionizációs és fragmentációs folyamatainak vizsgálatára. A molekulákat ionterápiás szempontból releváns energiájú és töltésállapotú ionokkal tudjuk bombázni. A rendszer mind a fragmentumok, mind az elektronok keltésének szög és energia szerint differenciális abszolút hatáskeresztmetszeteinek mérésére alkalmas. Elméleti vizsgálatokat végeztünk a töltött részecske-bombázással kiváltott ionizációs és töltéscserélő folyamatok feltérképezése céljából, ionokkal és antirészecskékkel való bombázás esetére. Részletesen elemeztük az elektronátadási folyamat molekulaorientációtól való függését. Mértük kis molekulák ion- és pozitronbombázással előidézett fragmentációját. Tanulmányoztuk a keV-es energiájú semleges atomi lövedékek előállításának lehetőségeit. Molekulaion-lövedékkel atomokat és molekulákat bombázva negatív hidrogénionok megjelenését észleltük nagy impulzusátadással járó ütközésekben. Felderítettünk egy általános ütközési folyamatot, amelyben negatív hidrogénionok keletkezhetnek speciális molekulaállapotok preparálása nélkül. A mechanizmus olyan ütközésekben szolgáltat H-anionokat, amelyekben legalább az egyik ütköző partner hidrogénatomot is tartalmaz. A kiütött protonok néhány %-os valószínűséggel ragadnak magukkal két elektront. Ez az arány a H-anion erős reakcióképessége miatt jelentős lehet élő szövetek ionokkal való besugárzáskor, vagy amikor a napszél ionjai bolygók légkörének molekuláival ütköznek.
Results in English
An experimental apparatus has been developed for studying ionization and fragmentation of gas-phase molecular targets under ion impact. Charge states and energies of the ions are relevant for ion-beam cancer therapy. The system is properly suited for measuring absolute emission cross sections, differential in both energy and observation angle, for all kind of charged fragments. Ionization and charge exchange processes by charged particle impact have been studied theoretically for ion, positron and antiproton projectiles. The orientation dependence of charge transfer for molecular targets has been studied in details. Molecular fragmentation by ion- and positron impact was measured for many projectile-target pairs. Some ways to produce neutral atomic projectiles in the keV impact energy range have been studied by analysing the dynamics of capillary guiding. Emission of H-anions was observed in large momentum transfer collisions of molecular projectiles with atomic and molecular targets. A collision process of general importance was explored, in which H-anions were produced without preparing specific states. It provides the anions in collisions, where one of the collision partners contains hydrogen. The ejected protons grab two electrons from the collision complex with a probability of a few percent. Due to the high reactivity of the H-anion, this ratio is remarkably large when irradiating living tissues, or for the interaction of solar wind with planetary atmospheres.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=73703
Decision
Yes





 

List of publications

  
E. Bene, Á. Vibók, G.J. Halász, M.C. Bacchus-Montabonel:: Ab initio molecular treatment of charge transfer processes induced by collision of C2+ ions with the OH radical: A linear approach, Chem. Phys. Lett. 455, 159 (2008), 2008
Juhász Z. 1, Chesnel J. -Y., Frémont F., Hajaji A., Sulik B.: Coulomb explosion and binary encounter processes in collisions between slow ions and small molecules of biological interest, AIP Conference Proceedings 1080 (2008)118-121, 2008
* E. Bene, P. Martinez, G.J. Halász, Á. Vibók, M.C. Bacchus-Montabonel:: Charge transfer in collisions of C2+ carbon ions with CO and OH targets, Phys. Rev. A 80, 012711 (2009), 2009
* Igarashi A., Gulyás L.: Annihilation of protonium by charged particle impact, Nuclear Instruments and Methods B 267, 354-357 (2009), 2009
* Juhász Z., Sulik B., Frémont F., Hajaji A., Chesnel J. -Y.: Anisotropic ion emission in the fragmentation of small molecules by highly charged ion impact, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 267 (2009) 326-329, 2009
* Tôkési K., Wang J., Gulyás L., Burgdörfer J.: Angular and energy differential electron emission cross sections in collisions between antiprotons with helium atoms, Hyperfine Interactions 194, 45-50 (2009), 2009
Biri S., Iván I., Juhász Z., Sulik B., Hegedûs Cs., Jenei A. Ifj., Kökényesi S., Pálinkás J.: Application of the Atomki-ECRIS for materials research and prospects of the medical utilization, 18th International Workshop on ECR Ion Sources. ECRIS 08. Chicago, Ill. USA, 15-18 Sept., 2008. Proceedings. (e) (2009) 41-47., 2009
Juhász Z., Sulik B., Biri S., Iván I., Tôkési K. 1, Fekete É., Mátéfi-Tempfli S., Mátéfi-Tempfli M., Víkor Gy., Takács E., Pálinkás J.: Ion guiding in alumina capillaries: MCP images of the transmitted ions, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 267 (2009) 321-325, 2009
Laricchia G., Brawley S. J., Cooke D. A., Kövér Á., Murtagh D. J., Williams A. I.: Ionization in positron- and positronium- collisions with atoms and molecules, Journal of Physics: Conference Series 194 (2009) 012036, 2009
Misra D., Thulasiram K. V., Fernandes W., Kelkar A. H., Kadhane U., Kumar A., Singh Y., Gulyás L. , Tribedi L. C.: Double differential distributions of electron emission in ion-atom and electron-atom collisions using an electron spectromete, Nuclear Instruments and Methods B 267, 157-162 (2009), 2009
Stolterfoht N., Hellhammer R., Fink D., Sulik B., Juhász Z., Bodewits E., Dang H. M., Hoekstra R.: Dynamic properties of ion guiding through nanocapillaries in an insulating polymer, Physical Review A 79 (2009) 022901(7), 2009
Tôkési K., Sulik B.: Multiple electron scattering sequences in Cq+ + Ar collisions at energies and charge states relevant for carbon ion therapy, Journal of Physics: Conference Series 163 (2009) 012073(4), 2009
Zouros T. J. M., Sulik B., Gulyás L., Tôkési K.: Non-statistical population of 1s2s2p4PJ states by charge transfer into multiply charged ions, Journal of Physics: Conference Series 163 (2009) 012004(6), 2009
* Gulyás L., Igarashi A., Ohsaki A.: Annihilation cross sections of protonium by ion impact: Scaling law with respect to the principal quantum number, Journal of Physics B 43 (2010) 055203 (7 pages), 2010
Á. Kövér, C. Arcadiano, D.J. Murtagh, A.I. Williams, G. Laricchia: Differential ionization studies by positron impact, Journal of Physics: Conference Series 199 (2010) 012020, 2010
E. Rozsályi, E. Bene, G.J. Halász, Á. Vibók, M.C. Bacchus-Montabonel:: Theoretical treatment of charge transfer processesin collisions of C2+ ions with HF: Anisotropic and vibrational effects, Phys. Rev. A 81, 062711 (2010), 2010
Gulyas L., Sarkadi L., Igarashi A. , Kirchner T.: Two-electron cusp in the double ionization of helium, Physical Review A 82, 032705 (2010), 2010
Juhász Z., Sulik B., Rácz R., Biri S., Bereczky R. J., Tôkési K., Kövér Á., Pálinkás J., Stolterfoht N.: Ion guiding accompanied by formation of neutrals in polyethylene terephthalate polymer nanaocapillaries: Further insight into a self-organizing process, Phys. Rev. A 82, 062903 (2010), 2010
Kelkar A. H. , Kadhane U. , Misra D., Gulyas L., Tribedi L. C.: Single and multiple ionization of C60 fullerenes and collective effects in collisions with highly charged C,F, and Si ions with energy 3 MeV/u, Physical Review A 82, 043201 (2010), 2010
Kövér Á., Murtagh D. J., Williams A., Laricchia G.: Differential ionization studies by positron impact, Journal of Physics: Conference Series 199 (2010)012020, 2010
Williams A., Kövér Á., Murtagh D. J., Laricchia G.: Progress towards a positron reaction microscope, Journal of Physics: Conference Series 199 (2010)012025, 2010
Bene E., Halász G. J., Vibók Á., Errea L. F., Méndez L., Rabadán I., Bacchus-Montabonel M. C.: Ab initio treatment of charge exchange in H+ + CH collisions, International Journal of Quantum Chemistry 111, 487-492 (2011), 2011
Bene E., Vértesi T., Englman R.: Reciprocity in the degeneracies of some tetra-atomic molecular ions, Journal of Chemical Physics 135 (2011) 084101, 2011
Rozsályi E., Bene E., Halász G. J., Vibók Á., Bacchus-Montabonel M. C.: Ab initio study of charge-transfer dynamics in collisions of C2+ ions with hydrogen chloride, Physical Review A 83 (2011) 052713, 2011
Benkô I., Rajta I., Csik A., Tóth J., Benkô K., Géresi K., Ungvári É., Szabó B., Sarkadi G., Paripás B., Takács I., Tôkési K.: Major and trace elements in mouse bone measured by surface and bulk sensitive methods, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B 279 (2012) 223-226, 2012
Gulyás L., Igarashi A., Kirchner T.: Projectile scattering in one- and two-electron transitions, Journal of Physics B 45 (2012) 085205, 2012
Rácz R., Biri S., Juhász Z., Sulik B., Pálinkás J.: Molecular and negative ion production by a standard electron cyclotron resonance ion source, Review of Scientific Instruments 83 (2012) 02A313, 2012
S.T.S. Kovács, Z. Juhász, P. Herczku, B. Sulik: A NEW SETUP FOR MOLECULE FRAGMENTATION STUDIES AND THE FIRST RESULTS FROM N+ + H2O COLLISIONS, ACTA PHYSICA DEBRECINA XLVI, 65 (2012), 2012
Z. Juhász, B. S. Frankland, F. Frémont, J. Rangama, J.-Y. Chesnel and B. Sulik: Production of H- fragments in collisions of OH+ ions with atoms and molecules, Journal of Physics: Conference Series 388 (2012) 102051, 2012
Juhász Z., Sulik B., Rangama J., Bene E., Frankland B. S., Frémont F., Chesnel J. -Y.: Formation of negative hydrogen ions in 7-keV OH+ + Ar and OH+ + acetone collisions: A general process for H-bearing molecular species, Physical Review A 87 (2013) 032718, 2013
S.T.S. Kovács, P. Herczku, Z. Juhász, B. Sulik: FRAGMENTATION OF H2O AND CH4 MOLECULES INDUCED BY 650 KEV N+ PROJECTILES, ACTA PHYSICA DEBRECINA XLVII, 87 (2013), 2013
S.T.S. Kovács, P. Herczku, Z. Juhász, B. Sulik: Fragmentation of CH4 molecules induced by 46 keV/u N+ and N+ 2 projectiles, Journal of Physics: Conference Series 488 (2014) 102017, 2014
Zoltán Juhász, Béla Sulik, Sándor T. S. Kovács, Elie Lattouf, Jimmy Rangama, Erika Bene, Bernd Huber, François Frémont, Alain Méry, Jean-Christophe Poully, Patrick Rousseau, Péter Herczku, and Jean-Yves Chesnel: A collision process responsible for widespread formation of H- anions, Journal of Physics: Conference Series 488 (2014) 102024, 2014




 

Events of the project

  
2012-03-28 12:30:57
Résztvevők változása



Back »