A semiclassical model of the immediate temperature distribution surrounding the track of heavy ions with therapeutic energies
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Objective. Spikes of high temperature and pressure are created in the vicinity of heavy ions, especially at the Bragg peak. The expected subsequent thermoacoustic effects are however not well understood. In particular, the distribution of the densely packed primary interactions has not been considered in molecular dynamics (MDs) simulations or shock wave solutions. In this work, we derive a dedicated model to describe the primary interactions and their radial distribution, applicable to the modeling of acoustic and thermodynamic effects at the nanoscale. Approach. Starting from first principles, we assemble a semiclassical model of the energy loss of the primary heavy ions, consistent with the expected linear energy transfer and parametrized with the distance from the track. Based on the interaction energies, we then disentangle the primary energy depositions, i.e. the primary excitations and binding energies of the secondary electrons. Thereby we obtain the radial distribution of the primary interactions, independent of empirical parameters. Our theoretical description is kept general, however, numerical results are presented for protons stopped in water. Validity and uncertainties of our model are analyzed in detail. Main results. Following from the sought radial energy distribution, we find that the primary interactions are the dominant energy depositions below a radius of 1 nm. This can give rise to thermal spikes as high as 103 K even for low-Z projectiles, such as protons stopped in water. The presented model is valid down to primary proton energies of approximately 0.5 MeV. Significance. Our results can be used to revise the thermodynamic modeling at the nanoscale and investigate their potential involvement in the intriguing biological response to novel modalities such as FLASH or spatially fractionated radiotherapies. Also, our findings can be integrated into microscale track structure Monte Carlo codes, or ab initio MD simulations, for more accurate modeling in the nanometer domain.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,003 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,005 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».