Учеными из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США с помощью высокоскоростной электронной камеры проанализирован процесс ионизации воды.
Известно, что при попадании высокоэнергетического излучения на молекулу воды запускаются сверхбыстрые реакции. Сначала выбивается электрон, оставляя положительно заряженную молекулу воды. За триллионную долю секунды эта молекула отдает протон другой молекуле воды.
В результате этого процесса образуется гидроксильный радикал (OH), способный повредить практически любую макромолекулу в организме, включая ДНК, РНК и белки, и ион гидрония (H3O+), присутствующий в межзвездной среде и хвостах комет.
“Все лазерные операции и лучевая терапия производят нестабильный комплекс, который может привести к множеству химических реакций в организме человека. Интересно, что этот комплекс также помогает очищать нашу питьевую воду, убивая микробов. Он также важен в ядерной энергетике, где вода ионизируется под воздействием других видов излучения. Многие модели предсказывают существование этого комплекса, но теперь мы наконец-то наблюдаем его образование”, — делится руководитель исследования Минг-Фу Лин.
Для проведения эксперимента по наблюдению за короткоживущей парой гидроксил-гидроний, учеными был создан поток воды толщиной 100 нм (примерно в 1000 раз тоньше, чем ширина человеческого волоса), на который затем направили мощное излучение лазера для ионизации воды. Для запечатления процесса ионизации ученые анализировали молекулы с помощью малых импульсов электронов высокой энергии. Это позволило им одновременно измерить связи между атомами кислорода и между атомами кислорода и водорода.
В будущем исследователи планируют увеличить скорость съемки, чтобы можно было измерить процесс переноса протонов непосредственно перед образованием гидроксил-гидрониевых пар.
Новое исследование ученых имеет важное значение для многих научных областей, среди которых, в первую очередь, ядерная инженерия, космическая отрасль, экология и другие.
Статья о проведенном исследовании опубликована в журнале Science.
