Tech

ขั้นตอนสำคัญในการเปิดโปงไอออไนเซชันของน้ำของเหลว

การใช้กล้องอิเล็กตรอนความเร็วสูงที่เรียกว่า MeV-UED นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ SLAC ของ Department of Energy ได้เปิดเผยขั้นตอนที่สำคัญในการแตกตัวเป็นไอออนของน้ำของเหลว ปฏิกิริยาของการแผ่รังสีพลังงานสูงกับโมเลกุลของน้ำจะทำให้เกิดปฏิกิริยาเร็วมากเป็นชุด ในตอนแรก มันจะขับอิเล็กตรอนออกมาและเก็บโมเลกุลของน้ำที่มีประจุบวก กระบวนการนี้เกิดขึ้นเร็วมาก – ภายในเสี้ยววินาทีที่โมเลกุลของน้ำปล่อยโปรตอนให้กับโมเลกุลของน้ำอีกตัวหนึ่ง ทำให้เกิดไฮดรอกซิลเรดิคัล (OH) ซึ่งสามารถสร้างความเสียหายแทบทุกโมเลกุลในสิ่งมีชีวิต รวมทั้ง DNA, RNA และโปรตีน และไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) ซึ่งมีอยู่มากในตัวกลางและหางของดาวหางในอวกาศ และอาจมี เบาะแสเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต ในการศึกษาก่อนหน้านี้โดยใช้เลเซอร์เอ็กซ์เรย์ Linac Coherent Light Source (LCLS) ของ SLAC นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นปฏิกิริยาการถ่ายโอนโปรตอนที่รวดเร็วเป็นพิเศษหลังจากการแตกตัวเป็นไอออนของน้ำของเหลว แต่จนถึงขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้สังเกตคู่ไฮดรอกซิล-ไฮโดรเนียมโดยตรง Ming-Fu Lin นักวิทยาศาสตร์และหัวหน้าทีมวิจัยของ SLAC กล่าวว่า “การผ่าตัดด้วยเลเซอร์และการรักษาด้วยรังสีทั้งหมดทำให้เกิดสิ่งที่ซับซ้อนที่ไม่เสถียร ซึ่งอาจนำไปสู่ปฏิกิริยาทางเคมีมากมายในร่างกายมนุษย์ สิ่งที่น่าสนใจคือ คอมเพล็กซ์แห่งนี้ยังช่วยทำให้น้ำดื่มของเราบริสุทธิ์ด้วยการฆ่าเชื้อโรค นอกจากนี้ยังมีความสำคัญในการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ที่การแผ่รังสีในรูปแบบอื่น ๆ จะทำให้น้ำแตกตัวเป็นไอออน การจำลองหลายอย่างทำนายการมีอยู่ของคอมเพล็กซ์แห่งนี้ แต่ตอนนี้เราได้สังเกตการก่อตัวของมันแล้ว” หากต้องการดูคู่ไฮดรอกซิล-ไฮโดรเนียมที่มีอายุสั้น นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างน้ำของเหลวที่มีความหนา 100 นาโนเมตร พวกเขาแตกตัวเป็นไอออนโมเลกุลของน้ำด้วยแสงเลเซอร์ที่เข้มข้น จากนั้นพวกเขาก็ตรวจสอบโมเลกุลด้วยพัลส์อิเล็กตรอนพลังงานสูงสั้น ๆ จาก MeV-UED เพื่อสร้างสแน็ปช็อตที่มีความละเอียดสูงของกระบวนการไอออไนซ์ ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถวัดพันธะระหว่างอะตอมของออกซิเจนและพันธะระหว่างอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนได้พร้อมกัน ดังนั้นจึงจับความซับซ้อนที่สำคัญแต่ไม่เสถียรนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังวางแผนที่จะเพิ่มความเร็วในการถ่ายภาพเพื่อให้สามารถวัดกระบวนการถ่ายโอนโปรตอนได้โดยตรงก่อนที่จะสร้างคู่ไฮดรอกซิล – ไฮโดรเนียม Matthias Ihme รองศาสตราจารย์ในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ซึ่งเป็นผู้นำการวิเคราะห์เชิงทฤษฎี กล่าวว่า “การจำลองได้ศึกษาทั้งสองหัวข้ออย่างเข้มข้น แต่ไม่มีการวัดโครงสร้างโดยตรงเพื่อตรวจสอบทฤษฎี การวัดเหล่านี้มีความสำคัญสำหรับการทดสอบแบบจำลองทางทฤษฎีของเราที่ทำนายกระบวนการเหล่านี้” Xijie Wang นักวิทยาศาสตร์ด้านบุคลากรที่มีชื่อเสียงของ SLAC และผู้ทำงานร่วมกันในการศึกษากล่าวว่า “สถานะและโครงสร้างขั้นกลางจำนวนมากในปฏิกิริยาเคมีนั้นไม่ทราบหรือยังไม่ได้สังเกตโดยตรง เราสามารถใช้ MeV-UED เพื่อสำรวจและจับภาพคอมเพล็กซ์ที่มีอายุสั้นและมีความสำคัญต่างๆ ได้ โดยเปิดหน้าต่างเพื่อศึกษาปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น” การศึกษามีความสำคัญขั้นพื้นฐานในด้านต่างๆ รวมถึงวิศวกรรมนิวเคลียร์ การเดินทางในอวกาศ การรักษาโรคมะเร็ง และการแก้ไขสิ่งแวดล้อม อ้างอิงวารสาร : M.-F. Lin et al., การถ่ายภาพคู่ไฮดรอกซิล-ไฮโดรเนียมที่มีอายุสั้นในน้ำของเหลวที่แตกตัวเป็นไอออน, วิทยาศาสตร์ (2021) ดอย: 10.1126/science.abg3091

Back to top button