高エネルギー電子線により水中で生成された2次電子の動的挙動

Dynamic behavior of secondary electrons produced by a high-energy electron in liquid water

甲斐 健師   ; 横谷 明徳*; 藤井 健太郎*; 渡邊 立子*

Kai, Takeshi; Yokoya, Akinari*; Fujii, Kentaro*; Watanabe, Ritsuko*

放射線により、DNAの数nm以内に複数の損傷部位が生成されると、細胞死や染色体異常のような生物影響が誘発されると考えられている。著者らは、DNA損傷生成の機構に関係すると考えられる細胞内の放射線作用の解析として、細胞と組成の近い水中で高エネルギーの1次電子線・陽電子線により生成される2次電子の動的挙動を計算した。その結果、2次電子は、親イオン近傍で電離・電子的励起を誘発しやすく、減速した電子の約10%は、クーロン引力により親イオン付近に分布することが分かった。続いて、これらの計算結果から、以下のように複雑なDNA損傷の生成機構を推定した。DNA内部から電離した2次電子は、DNA外部に飛び出す前に、DNA内部で電離・電子的励起を誘発可能である。さらに、クーロン力により引き戻された電子は、DNAの水和層で水和前電子になり、解離性電子移行によりDNA損傷を誘発可能である。結果として、1次電子線・陽電子線のみならず2次電子の作用により、1nm以内に複雑DNA損傷が生成され得る。

It is thought to that the biological effects such as cell death or mutation are induced by complex DNA damage which are formed by several damage sites within a few nm. We calculated dynamic behavior of secondary electrons produced by primary electron and positon of high energy in water whose composition ratio is similar to biological context. The secondary electrons induce the ionization or electronic excitation near the parent cations. The decelerated electrons about 10% are distributed to their parent cations by the attractive Coulombic force. From the results, we predicted the following formation mechanism for the complex DNA damage. The electrons ejected from DNA could induce the ionization or the electronic excitation within the DNA. The electrons attracted by the Coulombic force are pre-hydrated in water layer of the DNA. The pre-hydrated electrons could induce to the DNA damage by dissociative electron transfer. As the results, the complex DNA damage with 1 nm could be formed by the interaction of not only the primary electron or positon but also the secondary electrons.