Международная группа исследователей смогла впервые пронаблюдать процесс образования иона гидроксония и гидроксильного радикала при облучении воды высокоэнергетичным излучением. Статья об открытии была опубликована в журнале Science.

Ученым очень важно понимать, как вода взаимодействует с ионизирующим излучением. Это нужно, например, для систем водяного охлаждения ядерных реакторов и других областей, где самая распространенная на Земле жидкость контактирует с излучением высоких энергий.

Когда излучение с достаточной энергией попадает на молекулу воды, оно запускает ряд практически мгновенных реакций. Во-первых, происходит выброс электрона и образуется положительно заряженная молекула воды (H₂O⁺). Эта частица чрезвычайно недолговечна — настолько, что ее практически невозможно увидеть в экспериментах. В течение доли триллионной доли секунды H₂O⁺ отдает протон другой молекуле воды, создавая ион гидроксония (H₃O⁺ ) и гидроксильный (OH) радикал.

Об этой реакции ученые знают довольно давно — еще с 1960-х годов, когда был впервые обнаружен электрон, выброшенный из молекулы воды в результате радиолиза. Но до сих пор химики не могли наблюдать образующиеся в результате реакции радикал и ион гидроксония.

Теперь, используя источник когерентного излучения в Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США), исследователи впервые смогли «увидеть» эти неуловимые частицы, подтверждающие теоретические предсказания о пути химической реакции. Чтобы наблюдать эти сверхбыстрые процессы, ученые применили технологию рентгеновской спектроскопии.

Ученые делали «стоп-кадры» процесса, которые позволили затем наблюдать изменения, происходящие с гидроксильным радикалом во времени. Конечно, авторы работы хотели бы также выделить спектроскопический сигнал катиона H₂O⁺, но его время жизни настолько коротко, что с существующим уровнем развития сделать это напрямую невозможно.