科学家发现了一种新的水系统辐射效应模型

当辐射照射到水上时会发生什么？这是一个每次你在医生办公室做X光检查时都会产生影响的问题，因为你大多是水做的。DESY的一个理论物理学家团队研究了美国阿贡国家实验室同事在加利福尼亚州LCLS X射线激光器获得的数据，以更好地回答这个问题

他们的发现可能会解决物理学中关于水中自由电子的存在以及它们在极短时间尺度上的行为的争议：与原子未结合的电子被隔离在单个水分子之间笼状结构的气泡中。这些发现发表在《美国化学学会杂志》上

自由电子是不与原子结合的电子。在与辐射接触的水中，由于辐射的作用，水分子电离时会产生自由电子。在这种情况下，电子如何在水分子之间流动一直是人们讨论的话题

在SLAC国家加速器实验室的LCLS工作中，由阿贡科学家Linda Young领导的实验团队看到了与激光激发的水分子相关的奇怪特征，并通过X射线激光成像。他们使用X射线吸收光谱法发现了分子之间的结构。为了更好地理解这些结果的含义，实验团队求助于汉堡的理论物理学家。

自由电子激光科学中心的DESY科学家Ludger Inhester领导的团队检查了这些数据，并与实验团队合作，开始根据这些数据制作模型。他们的研究结果共同表明，水中的自由电子形成气泡结构，然后被水分子锁住，类似于化学物质在分子水平上在水中溶解的方式。特别是，DESY团队成功地展示了水中电子溶剂化背后的过程及其参数

该研究的第一作者Arturo Sopena说：“事实证明，溶解过程以及笼状结构的形成对水中的温度变化非常敏感。”

对溶剂化过程的新见解表明，电子最初可以在水分子中的大范围内找到，它与分子液态水中出现的特定氢键模式对接，然后“钻”到水结构中非常狭窄的区域更深

这种“挖洞”和相邻水分子的相关重新定向发生得非常快，并在100飞秒内完成，其中飞秒是万亿分之一秒。这个大约有500亿分之一米宽的气泡在几皮秒或万亿分之一秒内脱离

这项新工作也是汉堡大学卓越集群CUI：物质高级成像的一部分。新发现进一步深入了解了水中电离辐射引起的辐射损伤行为。新兴的分子水科学中心将进一步加强这种与水有关的研究，该中心正在DESY校园内进行国际合作