Международная группа ученых из области химии и физики подтвердила экспериментально важный этап ионизации жидкой воды. Эта реакция имеет значение для многих сфер, таких как ядерная энергетика, космонавтика, борьба с раком и экологическое восстановление.
Разложение воды под воздействием ионизирующего излучения — явление, встречающееся в природе, и играющее важную роль во многих биохимических и технологических процессах. Высокоэнергетическое излучение вызывает серию сверхбыстрых реакций. Луч лазера сначала удаляет электрон из молекулы воды, заряжая её положительно. Через триллионные доли секунды молекула отдает свой протон — атом водорода — соседней молекуле. В результате первая молекула превращается в гидроксильный радикал ⋅OH, вторая — в ион гидроксония H 3O+.
Каждый образованный в этом процессе связи интересует учёных: гидроксильный радикал крайне активен и способен взаимодействовать с макромолекулами — ДНК, РНК и белками, причиняя вред живым организмам; ион гидроксония — соединение, которое находят в хвостах комет, оно может содержать подсказки о происхождении жизни.
Ранее исследователи экспериментально показалиКак образуется свободный радикал ⋅OH. Многочисленные симуляции показали его последующие превращения, а новое исследование… опубликованном в журнале ScienceУчёные из Национальной ускорительной лаборатории SLAC смогли обнаружить гидроксил-гидроксониевую пару.
Чтобы пронаблюдать короткоживущий комплекс гидроксил-гидроксоний, исследователи создавали струи жидкой воды толщиной 100 нанометров и ионизировали молекулы воды с помощью лазерного луча. Изменения на молекулярном уровне изучали при помощи сверхбыстрой электронной дифракции — метода, дающего «молекулярные видео» с высоким временным и пространственным разрешением.
По принципу действия метод сверхбыстрой электронной дифракцииПодобно рентгеновской видеокамере для молекул, устройство направляет пучок электронов на исследуемый материал и анализирует траектории прошедших сквозь него электронов. В отличие от рентгеновского излучения, электронный пучок чувствителен к ядрам изучаемого материала, что обеспечивает более детальное исследование структуры. Серия коротких импульсов позволяет делать последовательные изображения, фиксируя быстрые изменения.
В ходе последующих исследований ученые намерены повысить скорость визуализации и зафиксировать передачу протона перед образованием пар гидроксил-гидроксоний, а также выяснить судьбу электрона, извлеченного лазером.