质子在水中的电子阻止本领中的K壳层芯电子激发
材料科学
2019-08-14 v2 化学物理
医学物理
摘要
由于质子束在放射肿瘤学中日益广泛的应用，详细理解液态水在中子辐照下芯电子激发的作用已变得重要。利用基于实时含时密度泛函理论的第一性原理非平衡模拟方法，我们确定了电子阻止本领，即辐照离子到电子的速度依赖能量转移率。电子阻止本领曲线在已有实验数据的整个速度范围内定量一致。同样值得注意的是，我们观察到第一性原理结果与常用微扰理论模型之间的显著差异。水分子氧芯电子的激发是决定电子阻止本领曲线超过其最大值后的关键因素。在8.0 a.u.（1.6 MeV）的高质子速度下，芯电子贡献了多达三分之一的阻止本领。这些K壳层芯电子激发不仅提供了额外的能量转移通道，还显著影响了价电子激发。在激发过程中，产生的空穴高度局域在辐照质子路径周围几埃范围内，而电子被激发离开路径。尽管对电子阻止本领贡献巨大，K壳层电子在激发密度方面作用较小：即使在8.0 a.u.的高质子速度下，空穴种群中仅百分之一为K壳层空穴。此处揭示的激发行为明显不同于X/γ射线光子辐射，后者是放射肿瘤学中最常用的电离辐射类型。
引用
@article{arxiv.1903.03194,
title = {K-shell Core Electron Excitations in the Electronic Stopping of Protons in Water},
author = {Yi Yao and Dillon C. Yost and Yosuke Kanai},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.03194},
year = {2019}
}