This paper presents the influence of electron elastic scattering models, electron thermalization models, and chemical parameters on Geant4-DNA simulations of liquid water radiolysis under mega-electron-volt electron irradiation. The radiochemical yields are simulated using a new Geant4-DNA example. In particular, the influence of the new elastic scattering model recently developed is presented as well as the influence of improved electron thermalization models. The influence of a new chemistry constructor using parameters of another Monte Carlo track structure code is also described. The results calculated using these different models are compared with each other and with experimental data. For sub-mega-electron-volt electron simulations, the combination of the “G4EmDNAPhysics_option2” physics constructor with the recently developed elastic scattering model, the Meesungnoen electron thermalization model, and the “G4EmDNAChemistry_option1” chemistry constructor is recommended.

1.
W.
Friedland
,
M.
Dingfelder
,
P.
Kundrat
, and
P.
Jacob
,
Mutat. Res.
711
,
28
(
2011
).
2.
I.
Plante
,
Radiat. Environ. Biophys.
50
,
389
(
2011
).
3.
A.
Beaudre
,
Thesis
,
Toulouse University 3
,
1988
.
4.
D.
Boscolo
,
M.
Krämer
,
M.
Durante
,
M. C.
Fuss
, and
E.
Scifoni
,
Chem. Phys. Lett.
698
,
11
(
2018
).
5.
J.
Ramos-Mendez
,
J.
Perl
,
J.
Schuemann
,
A.
McNamara
,
H.
Paganetti
, and
B.
Faddegon
,
Phys. Med. Biol.
63
,
105014
(
2018
).
6.
S.
Incerti
,
G.
Baldacchino
,
M. A.
Bernal
,
R.
Capra
,
C.
Champion
,
Z.
Francis
,
P.
Guèye
,
A.
Mantero
,
B.
Mascialino
, and
P.
Moretto
,
Int. J. Model. Simul. Sci. Comput.
01
,
157
(
2010
).
7.
H.
Nikjoo
,
S.
Uehara
,
D.
Emfietzoglou
, and
F. A.
Cucinotta
,
Radiat. Meas.
41
,
1052
(
2006
).
8.
D.
Emfietzoglou
,
G.
Papamichael
, and
H.
Nikjoo
,
Radiat. Res.
188
,
355
(
2017
).
9.
A.
Peudon
,
S.
Edel
, and
M.
Terrissol
,
Radiat. Prot. Dosim.
122
,
128
(
2006
).
10.
H. H.
Mitchell
,
T. S.
Hamilton
,
F. R.
Steggerda
, and
H. W.
Bean
,
J. Biol. Chem.
158
,
625
(
1945
).
11.
N.
Lampe
,
M.
Karamitros
,
V.
Breton
,
J. M. C.
Brown
,
I.
Kyriakou
,
D.
Sakata
,
D.
Sarramia
, and
S.
Incerti
,
Phys. Med.
48
,
135
(
2018
).
12.
N.
Lampe
,
Thesis
,
Université Clermont Auvergne
,
2017
.
13.
H. N.
Tran
,
M.
Karamitros
,
A.
Ivanchenko
,
S.
Guatelli
,
S.
McKinnon
,
K.
Murakami
,
T.
Sasaki
,
S.
Okada
,
M. C.
Bordage
,
Z.
Francis
,
Z.
El Bitar
,
M. A.
Bernal
,
J. I.
Shin
,
S. B.
Lee
,
P.
Barberet
,
T. T.
Tran
,
J. M. C.
Brown
,
T. V.
Nhan Hao
, and
S.
Incerti
,
Nucl. Instrum. Methods B
373
,
126
(
2016
).
14.
H.
Nikjoo
,
D.
Emfietzoglou
,
T.
Liamsuwan
,
R.
Taleei
,
D.
Liljequist
, and
S.
Uehara
,
Rep. Prog. Phys.
79
,
116601
(
2016
).
15.
W. G.
Shin
,
M. C.
Bordage
,
D.
Emfietzoglou
,
I.
Kyriakou
,
D.
Sakata
,
C. H.
Min
,
S. B.
Lee
,
S.
Guatelli
, and
S.
Incerti
,
J. Appl. Phys.
124
, 224901 (
2018
).
16.
I.
Plante
and
L.
Devroye
,
Radiat. Phys. Chem.
139
,
157
(
2017
).
17.
S.
Incerti
,
I.
Kyriakou
,
M. A.
Bernal
,
M. C.
Bordage
,
Z.
Francis
,
S.
Guatelli
,
V.
Ivanchenko
,
M.
Karamitros
,
N.
Lampe
,
S. B.
Lee
,
S.
Meylan
,
C. H.
Min
,
W. G.
Shin
,
P.
Nieminen
,
D.
Sakata
,
N.
Tang
,
C.
Villagrasa
,
H. N.
Tran
, and
J. M. C.
Brown
,
Med. Phys.
45
,
e722
(
2018
).
18.
M. A.
Bernal
,
M.
Bordage
,
J. M. C.
Brown
,
M.
Davídková
,
E.
Delage
,
Z.
El Bitar
,
S.
Enger
,
Z.
Francis
,
S.
Guatelli
,
V.
Ivanchenko
,
M.
Karamitros
,
I.
Kyriakou
,
L.
Maigne
,
S.
Meylan
,
K.
Murakami
,
S.
Okada
,
H.
Payno
,
Y.
Perrot
,
I.
Petrovic
,
Q. T.
Pham
,
A.
Ristic-Fira
,
T.
Sasaki
,
V.
Stepan
,
H. N.
Tran
,
C.
Villagrasa
, and
S.
Incerti
,
Phys. Med.
31
,
861
(
2015
).
19.
M.
Karamitros
,
S.
Luan
,
M. A.
Bernal
,
J.
Allison
,
G.
Baldacchino
,
M.
Davidkova
,
Z.
Francis
,
W.
Friedland
,
V.
Ivantchenko
,
A.
Ivantchenko
,
A.
Mantero
,
P.
Nieminem
,
G.
Santin
,
H. N.
Tran
,
V.
Stepan
, and
S.
Incerti
,
J. Comput. Phys.
274
,
841
(
2014
).
20.
H. C.
Berg
,
Random Walks in Biology
(
Princeton University Press
,
Princeton
,
NJ
,
1993
).
21.
S. M.
Pimblott
and
J. A.
LaVerne
,
Radiat. Res.
150
,
159
(
1998
).
22.
M.
Karamitros
,
A.
Mantero
,
S.
Incerti
,
W.
Friedland
,
G.
Baldacchino
,
P.
Barberet
,
M. A.
Bernal
,
R.
Capra
,
C.
Champion
,
Z. E.
Bitar
,
Z.
Francis
,
P.
Guèye
,
A.
Ivanchenko
,
V.
Ivanchenko
,
H.
Kurashige
,
B.
Mascialino
,
P.
Moretto
,
P.
Nieminen
,
G.
Santin
,
H.
Seznec
,
H. N.
Tran
,
C.
Villagrasa
, and
C.
Zacharatou
,
Prog. Nucl. Sci. Technol.
2
,
503
(
2011
).
23.
M. S.
Kreipl
,
W.
Friedland
, and
H. G.
Paretzke
,
Radiat. Environ. Biophys.
48
,
11
(
2009
).
24.
M.
Belli
,
R.
Cherubini
,
S.
Finotto
,
G.
Moschini
,
O.
Sapora
,
G.
Simone
, and
M. A.
Tabocchini
,
Int. J. Radiat. Biol.
55
,
93
(
1989
).
25.
C. Z.
Chen
and
D. E.
Watt
,
Int. J. Radiat. Biol. Relat. Stud. Phys. Chem. Med.
49
,
131
(
1985
).
26.
R.
Blohm
and
D.
Harder
,
Radiat. Prot. Dosim.
13
,
377
(
1985
).
27.
M. C.
Sauer Jr
,
K. H.
Schmidt
,
E. J.
Hart
,
C. A.
Naleway
, and
C. D.
Jonah
,
Radiat. Res.
70
,
91
(
1977
).
28.
I.
Kyriakou
,
S.
Incerti
, and
Z.
Francis
,
Med. Phys.
42
,
3870
(
2015
).
29.
I.
Kyriakou
,
M.
Šefl
,
V.
Nourry
, and
S.
Incerti
,
J. Appl. Phys.
119
, 194902 (
2016
).
30.
M. C.
Bordage
,
J.
Bordes
,
S.
Edel
,
M.
Terrissol
,
X.
Franceries
,
M.
Bardies
,
N.
Lampe
, and
S.
Incerti
,
Phys. Med.
32
,
1833
(
2016
).
31.
J.
Bordes
,
S.
Incerti
,
N.
Lampe
,
M.
Bardiès
, and
M.-C.
Bordage
,
Nucl. Instrum. Methods B
398
,
13
(
2017
).
32.
C.
Champion
,
S.
Incerti
,
H.
Aouchiche
, and
D.
Oubaziz
,
Radiat. Phys. Chem.
78
,
745
(
2009
).
33.
F.
Salvat
,
A.
Jablonski
, and
C. J.
Powell
,
Comput. Phys. Commun.
165
,
157
(
2005
).
34.
N. F.
Mott
and
H. S. W.
Massey
,
The Theory of Atomic Collisions
(
Clarendon Press
,
Oxford
,
1965
), Vol. 35.
35.
M.
Terrissol
and
A.
Beaudre
,
Radiat. Prot. Dosim.
31
,
175
(
1990
).
36.
R. H.
Ritchie
,
R. N.
Hamm
, and
J. E.
Turner
,
Interactions of Low-Energy Electrons with Condensed Matter: Relevance for Track Structure
(
Springer
,
Boston
,
MA
,
1994
).
37.
J.
Meesungnoen
,
J.-P.
Jay-Gerin
,
A.
Filali-Mouhim
, and
S.
Mankhetkorn
,
Radiat. Res.
158
,
657
(
2002
).
38.
M.
Michaud
and
L.
Sanche
,
Phys. Rev. A
36
,
4672
(
1987
).
39.
M.
Michaud
and
L.
Sanche
,
Phys. Rev. A
36
,
4684
(
1987
).
40.
N. J. B.
Green
and
S. M.
Pimblott
,
Res. Chem. Intermediat.
27
,
529
(
2001
).
41.
M.
Michaud
,
A.
Wen
, and
L.
Sanche
,
Radiat. Res.
159
,
3
(
2003
).
42.
J.
Dubochet
,
M.
Adrian
,
J.-J.
Chang
,
J.-C.
Homo
,
J.
Lepault
,
A. W.
McDowall
, and
P.
Schultz
,
Q. Rev. Biophys.
21
,
129
(
1988
).
43.
Z. A.
Rotenberg
and
Y. Y.
Gurevich
,
J. Electroanal. Chem. Interf. Electrochem.
66
,
165
(
1975
).
44.
H.
Neff
,
J. K.
Sass
,
H. J.
Lewerenz
, and
H.
Ibach
,
J. Phys. Chem.
84
,
1135
(
1980
).
45.
I. V.
Kreitus
,
V. A.
Benderskii
, and
Y. E.
Tiliks
,
J. Electroanal. Chem. Interf. Electrochem.
140
,
311
(
1982
).
46.
V. V.
Konovalov
,
A. M.
Raitsimring
,
Y. D.
Tsvetkov
, and
V. A.
Benderskii
,
Chem. Phys.
93
,
163
(
1985
).
47.
V. V.
Konovalov
,
A. Y.
Pusep
,
A. M.
Raitsimring
, and
Y. D.
Tsvetkov
,
Chem. Phys. Lett.
126
,
472
(
1986
).
48.
F.
Ballarini
,
M.
Biaggi
,
M.
Merzagora
,
A.
Ottolenghi
,
M.
Dingfelder
,
W.
Friedland
,
P.
Jacob
, and
H. G.
Paretzke
,
Radiat. Environ. Biophys.
39
,
179
(
2000
).
49.
P.
Han
and
D. M.
Bartels
,
J. Phys. Chem.
94
,
5824
(
1990
).
50.
D.
Peukert
,
S.
Incerti
,
I.
Kempson
,
M.
Douglass
,
M.
Karamitros
,
G.
Baldacchino
, and
E.
Bezak
,
Med. Phys.
46
,
983
(
2019
).
51.
V.
Cobut
,
Y.
Frongillo
,
J. P.
Patau
,
T.
Goulet
,
M.-J.
Fraser
, and
J. P.
Jay-Gerin
,
Radiat. Phys. Chem.
51
,
229
(
1998
).
52.
G. V.
Buxton
,
C. L.
Greenstock
,
W. P.
Helman
, and
A. B.
Ross
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
17
,
513
(
1988
).
53.
Y.
Frongillo
,
T.
Goulet
,
M.-J.
Fraser
,
V.
Cobut
,
J. P.
Patau
, and
J. P.
Jay-Gerin
,
Radiat. Phys. Chem.
51
,
245
(
1998
).
54.
A. J.
Elliot
, “Rate constants and G-values for the simulation of the radiolysis of light water over the range 0-300 deg,”
1994
.
55.
G. V.
Buxton
,
Proc. R. Soc. A
328
,
9
(
1972
).
56.
R. K.
Wolff
,
M. J.
Bronskill
,
J. E.
Aldrich
, and
J. W.
Hunt
,
J. Phys. Chem.
77
,
1350
(
1973
).
57.
Z. D.
Draganić
and
I. G.
Draganić
,
Int. J. Radiat. Phys. Chem.
7
,
381
(
1975
).
58.
T.
Sumiyoshi
and
M.
Katayama
,
Chem. Lett.
11
,
1887
(
1982
).
59.
J. A.
LaVerne
and
S. M.
Pimblott
,
J. Phys. Chem.
95
,
3196
(
1991
).
60.
J.
Belloni
,
F.
Billiau
,
J. A.
Delaire
,
M. O.
Delcourt
, and
J. L.
Marignier
,
Radiat. Phys. Chem.
21
,
177
(
1983
).
61.
A. J.
Elliot
,
M. P.
Chenier
, and
D. C.
Ouellette
,
J. Chem. Soc. Faraday Trans.
89
,
1193
(
1993
).
62.
H.
Tomita
,
M.
Kai
,
T.
Kusama
, and
A.
Ito
,
Radiat. Environ. Biophys.
36
,
105
(
1997
).
63.
S. M.
Pimblott
and
J. A.
LaVerne
,
J. Phys. Chem. A
101
,
5828
(
1997
).
64.
D. M.
Bartels
,
A. R.
Cook
,
M.
Mudaliar
, and
C. D.
Jonah
,
J. Phys. Chem. A
104
,
1686
(
2000
).
65.
J.-P.
Jay-Gerin
and
C.
Ferradini
,
Chem. Phys. Lett.
317
,
388
(
2000
).
67.
Y.
Muroya
,
M.
Lin
,
G.
Wu
,
H.
Iijima
,
K.
Yoshii
,
T.
Ueda
,
H.
Kudo
, and
Y.
Katsumura
,
Radiat. Phys. Chem.
72
,
169
(
2005
).
68.
F.
Wang
,
U.
Schmidhammer
,
J. P.
Larbre
,
Z.
Zong
,
J. L.
Marignier
, and
M.
Mostafavi
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
20
,
15671
(
2018
).
69.
H. A.
Schwarz
,
J. M.
Caffrey Jr
, and
G.
Scholes
,
J. Am. Chem. Soc.
81
,
1801
(
1959
).
70.
C. A.
Naleway
,
M. C.
Sauer Jr
,
C. D.
Jonah
, and
K. H.
Schmidt
,
Radiat. Res.
77
,
47
(
1979
).
71.
W. G.
Burns
,
R.
May
,
G. V.
Buxton
, and
G. S.
Wilkinson-Tough
,
J. Chem. Soc. Faraday Trans.
77
,
1543
(
1981
).
72.
V.
Wasselin-Trupin
,
G.
Baldacchino
,
S.
Bouffard
, and
B.
Hickel
,
Radiat. Phys. Chem.
65
,
53
(
2002
).
73.
ICRU Report 16, J. Int. Comm. Radiat. Units Meas. os9, NP
(
1970
).
74.
ICRU Report 90
,
J. Int. Comm. Radiat. Units Meas.
14
, 1 (
2014
).
You do not currently have access to this content.