Ett internationellt forskarlag under ledning av DESY och Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) vid Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) har fått ett genombrott för att förstå hur strålningsskador uppstår. Med hjälp av världens mest kraftfulla röntgenfria elektronlaser har teamet, som också involverar forskare från Aarhus Universitet och universitetet i Hamburg, i realtid observerat hur skador uppstår i en organisk molekylär kristall. Deras resultat ger detaljerad inblick i de grundläggande mekanismerna för strålningsskador på atomär skala.

Strålningsskador är ett allvarligt problem inom många områden, inklusive medicin och materialvetenskap. Det kan orsaka betydande försämring av materialegenskaper, och det kan också leda till skadliga biverkningar hos patienter som genomgår strålbehandling. Trots dess betydelse är de exakta mekanismerna för strålskador fortfarande inte helt klarlagda, särskilt för organiska material som biologisk vävnad och läkemedel.

Den nya studien, publicerad i tidskriften Nature Physics, ger ett stort steg framåt i vår förståelse av strålningsskador. Teamet använde röntgenfrielektronlasern LCLS vid SLAC National Accelerator Laboratory i Kalifornien för att generera intensiva pulser av röntgenstrålar som användes för att bestråla en kristall av den organiska molekylen tetrafenylcyklopentadienon (TPCP). Röntgenstrålarna skapade skador på kristallgittret, och teamet använde en mängd olika tekniker för att mäta skadan i realtid.

Resultaten av studien visar att strålningsskador initieras genom en process som kallas "joniseringsinducerad bindningsbrytning". Detta inträffar när en röntgenfoton slår ut en elektron ur en atom eller molekyl, vilket skapar en instabil, mycket reaktiv art som kallas en "radikal". Radikalen kan då reagera med andra molekyler i kristallen och orsaka skada på kristallgittret.

Teamet observerade också att skadan var lokaliserad till regionen av kristallen som bestrålades av röntgenstrålar. Detta tyder på att strålningsskador kan minimeras genom att använda högfokuserade röntgenstrålar, vilket skulle göra det möjligt för forskare att studera material på atomär nivå utan att orsaka betydande skada.

Den nya studien ger en detaljerad förståelse på atomnivå av hur strålskador uppstår i organiska material. Denna information är viktig för att utveckla nya strategier för att förebygga eller minimera strålningsskador inom ett brett spektrum av tillämpningar, inklusive medicin, materialvetenskap och röntgen.

Förutom forskarna från DESY, MPSD, Aarhus University och University of Hamburg inkluderade teamet även forskare från UC Berkeley, University of Chicago och University of California, Irvine.