电子与分子吸附解离过程中氢-氘同位素效应研究

The interaction of low energy electron and molecule is involved in many-body interaction and collision dynamics, and it is also of fundamental importance in astrophysics, biophysics and radiologic therapy. Dissociative electron attachment (DEA) process is regarded as the major channel to destroy cancer cell in high-energy X-ray and heavy ion cancer therapy. However, the research in breakdown mechanism and dynamics for bio-molecule is scarce in DEA experiment at present, and the corresponding theoretical model and parameters need to be verified experimentally. In this project, the dissociative electron attachment to H2, D2 and tetryhydrofuran (C4H8O) and tetryhydrofuran-d8 (C4D8O) molecules will be studied experimentally with 3-50eV incident electrons. We are committed to study and explore the cross section of various reaction channels by the measurement of yields, kinetic energy and angular distribution of negative ions in the full 4π solid angle with newly-developed spectrometer. The contribution of nonresonant scattering in DEA to H2 and D2 will be revealed, and particularly the H/D isotope effects in DEA of molecules will be studied in detail. Besides the new reaction channel in breakdown process for molecules, the microcosmic mechanism of collision dynamics will also be interpreted. The team members in this project are experienced and consequently the breakthrough and innovation in dissociative electron attachment are expected.

低能电子与分子相互作用不仅涉及量子物理中最基本的多体相互作用和碰撞动力学等基础问题，还涉及天体物理、生物物理和放射医疗等领域的一些关键微观过程。例如生物分子的低能电子吸附解离就被认为是高能X射线和离子束治癌中杀死癌细胞的主要通道。然而，目前针对生物分子的电子吸附解离实验研究比较缺乏，相关理论建模和参数可靠性也亟待实验检验。本项目将利用3-50eV的电子束与H2、D2以及四氢呋喃(C4H8O)和氘代四氢呋喃（C4D8O）生物模型分子相互作用，通过4π全空间反应谱仪，高效率地测量反应后负离子的截面、动能和角分布等动力学信息，揭示电子与H2和D2分子反应中的非共振散射机制以及与生物分子反应的碎裂新通道，着重研究氢-氘同位素效应对分子键碎裂的影响。研究团队成员年富力强、经验丰富，已建成的低能电子实验平台运行稳定，搭载的新型短脉冲光电子枪性能优越，以期在生物分子吸附解离这一新领域取得重要突破与创新。

电子与原子分子碰撞实验在物理、化学和生物等各个领域都有着重要的意义，碰撞实验中入射电子束的能量逐渐覆盖了从低能（～eV）到高能（～GeV）的广泛区间，研究内容有助于进一步揭示碰撞过程中的一些新的作用机制和碎裂通道。低能电子与分子相互作用过程在天体物理、生物物理和放射医疗等领域也具有重要应用前景。生物分子的低能电子吸附解离就被认为是高能X射线和离子束治癌中杀死癌细胞的主要通道。本项目针对生物分子的电子吸附解离过程开展实验研究，对相关理论建模和参数可靠性进行了实验检验。分别开展了N2、adenine等分子及其互变异构体的电子碰撞过程研究，实验中选取的气体温度为300K，通过4π全空间反应谱仪，高效率地测量反应后负离子的截面、动能和角分布等动力学信息，揭示电子与分子碰撞反应中的非共振散射机制以及与生物分子反应的碎裂新通道。对研究数据进行了全面的分析，结合理论计算和模拟，探究了不同分子结构下的解离过程，此外，团队成员参加国内外知名会议进行了广泛的学术交流。研究结果不仅可以动态的还原DNA碱基分子与低能电子吸附解离过程，也更深入的阐释了生物分子与低能电子吸附解离过程机理，在深刻理解辐射损伤理机制方面具有重要意义。