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物理学 > 医学物理

arXiv:2507.11317 (physics)
[提交于 2025年7月15日 ]

标题: 基于伽马辐射的纳米颗粒物种依赖性电子发射

标题: Species-Dependent Electron Emission from Nanoparticles under Gamma Irradiation

Authors:Darukesha B H M
摘要: 在本研究中,各种纳米粒子种类——包括金和Gd$_2$O$_3$——被低能伽马射线照射,例如来自$^{241}$Am 的59.5 keV光子。 使用液闪计数系统在将纳米粒子分散到闪烁体前后记录了脉冲高度谱,并分析了它们之间的差异以推断相互作用结果。 Gd$_2$O$_3$纳米粒子发射了大量电子;然而,在相同的实验条件下,未从金纳米粒子(AuNPs)中观察到可检测的电子发射。 此处,“可检测的电子发射”指的是能量足够高以至于可以被使用的液闪探测器记录的电子(大约100 eV,更典型的是>= 1-2 keV);然而,它排除了可能在较低能量下发射的电子。 因此,观察到了一种与物质种类相关的辐射-纳米粒子相互作用。 严格的对照实验和证伪测试排除了各种人工现象——包括探测器不敏感、表面污染、聚集、淬灭和自吸收——作为AuNPs没有可检测电子发射的原因。 这一观察结果可能会促使重新评估常见的假设,即纳米粒子像其块体材料一样并在伽马照射下发射电子。 相反,我们的结果表明,纳米粒子独特的内部环境影响了它们与辐射的相互作用。 这些发现对于实际应用具有重要意义,包括对癌症治疗中纳米粒子放射增敏机制更好的机理理解、有机闪烁体的伽马检测效率的提高,以及轻型辐射屏蔽材料的开发。
摘要: In this study, various nanoparticle species-including Au and Gd$_2$O$_3$-were irradiated with low-energy gamma rays, such as 59.5 keV photons from $^{241}$Am. Pulse-height spectra were recorded using a liquid-scintillation counting system before and after dispersing the nanoparticles into the scintillator, and the differences between them were analyzed to infer the interaction outcomes. Gd$_2$O$_3$ nanoparticles emitted numerous electrons; however, under identical experimental conditions, no detectable electron emission was observed from Au nanoparticles (AuNPs). Here, "detectable electron emission" refers to electrons with energies high enough to be registered by the liquid-scintillation detector used (approx 100 eV and, more typically, >= 1-2 keV); however, it excludes electrons that may be emitted at lower energies. Thus, a species-dependent radiation-nanoparticle interaction was observed. Rigorous controls and falsification tests excluded various artefacts-including detector insensitivity, surface contamination, aggregation, quenching, and self-absorption-as causes for the absence of detectable electron emission from AuNPs. This observation potentially prompts a re-evaluation of the common assumption that nanoparticles behave like their bulk counterparts and emit electrons upon gamma-irradiation. Instead, our results suggest that the distinct internal environment of nanoparticles influences their interaction with radiation. These findings offer significant insights for practical applications, including a better mechanistic understanding of nanoparticle radiosensitization in cancer therapy, enhanced gamma-detection efficiency of organic scintillators, and the development of lightweight radiation shields.
评论: 21页,7幅图,一个图形摘要
主题: 医学物理 (physics.med-ph)
引用方式: arXiv:2507.11317 [physics.med-ph]
  (或者 arXiv:2507.11317v1 [physics.med-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.11317
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Darukesha Baraduru Hirematada [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 7 月 15 日 13:49:03 UTC (708 KB)
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