Ученые из отдела молекулярной физики Института Фрица Хабера выяснили, как атомы перестраиваются перед тем, как высвободить низкоэнергетические электроны в процессе распада, который запускается под действием рентгеновского излучения. Исследователям впервые удалось зафиксировать точные временные параметры этого процесса, что помогло объяснить механизмы радиационного повреждения. Результаты опубликованы в журнале Американского химического общества.
Высокоэнергетическое излучение (например, рентгеновское) вредит клеткам — оно возбуждает атомы и молекулы, что вызывает распад и нарушение функций биоструктур. Ученые исследовали ключевой для радиационной химии процесс — распад, опосредованный переносом электронов (ETMD). При нем облучение возбуждает атом, который затем забирает электрон у соседнего атома, а высвободившаяся энергия ионизирует еще один близлежащий атом. Впервые получилось в реальном времени отследить перегруппировку атомов перед электронным распадом, получив самую подробную картину процесса ETMD.
Для эксперимента ученые выбрали простейшую модельную систему из одного атома неона, слабо связанного с двумя атомами криптона (тример NeKr₂). После ионизации неонового ядра мягкими рентгеновскими лучами за системой наблюдали в течение пикосекунды. С помощью реакционного микроскопа COLTRIMS на синхротронных источниках света BESSY II (Берлин) и PETRA III (Гамбург) удалось восстановить положение атомов в момент распада, а компьютерные расчеты показали тысячи возможных траекторий их движения.
Выяснилось, что атомы не остаются в фиксированной конфигурации, а постоянно смещаются, меняя расстояния между собой. Именно эта подвижность определяет, когда произойдет распад и с какой скоростью. В разные моменты система принимает разные формы, и скорость выброса электронов может меняться почти на порядок.
Метод ETMD привлекает внимание, поскольку генерирует низкоэнергетические электроны, повреждающие жидкости и биоматериалы. Объяснение его связи с молекулярной структурой и движением важно для моделирования радиационного воздействия и анализа рентгеновских экспериментов, а также для разработки теоретических подходов к расчету скоростей распада в сложных системах. Исследование, давшее базовые данные для простейшей трехатомной системы с ETMD, может лечь в основу изучения жидкостей, сольватированных ионов и биологических сред.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в космосе обнаружена самая крупная молекула с серой.
