Ученым удалось зафиксировать процесс ионизации воды
Процесс ионизации воды с помощью высокоскоростной электронной камеры изучили исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США, 1 октября сообщает журнал Science.
Когда высокоэнергетическое излучение попадает в молекулу воды, оно запускает серию сверхбыстрых реакций. Во-первых, оно выбивает электрон, оставляя положительно заряженную молекулу воды. В течение триллионной доли секунды эта молекула воды отдает протон другой молекуле воды.
Это приводит к созданию гидроксильного радикала (OH), который может повредить практически любую макромолекулу в организме, включая ДНК, РНК и белки, и иона гидрония (H3O+), которые в изобилии содержатся в межзвездной среде и хвостах комет и могут содержать подсказки о происхождении жизни.
«Все лазерные операции и лучевая терапия производят этот нестабильный комплекс, который может привести ко многим химическим реакциям в организме человека. Интересно, что этот комплекс также помогает очищать нашу питьевую воду, убивая микробы. Это также имеет большое значение в ядерной энергетике, где вода ионизируется другими формами излучения. Многие модели предсказывают существование этого комплекса, но теперь мы, наконец, наблюдаем его формирование», — говорит ученый SLAC и руководитель исследования Минг-Фу Лин.
Чтобы наблюдать короткоживущую пару гидроксил-гидроний, исследователи создали струи жидкой воды толщиной 100 нанометров и ионизировали молекулы воды интенсивным лазерным излучением. Затем они исследовали молекулы короткими импульсами электронов высокой энергии, чтобы получить снимки процесса ионизации с высоким разрешением. Это позволило им измерить связи между атомами кислорода и связи между атомами кислорода и водорода одновременно.
В дальнейшем исследователи планируют увеличить скорость визуализации, чтобы процесс переноса протонов можно было измерить непосредственно до образования пар гидроксил-гидроний. Они также надеются понаблюдать за выброшенным электроном в жидкой воде, чтобы лучше понять, как он влияет на процесс.
Эта реакция имеет фундаментальное значение для широкого спектра областей, включая ядерную инженерию, космические полеты, лечение рака и восстановление окружающей среды.
