Yüksek enerjili radyasyon, canlı organizmalardaki suyla etkileşime girdiğinde, daha sonra DNA gibi kritik moleküllere zarar verebilecek parçacıklar ve yavaş hareket eden elektronlar üretir. Şimdi, UCT Prag’dan (Kimya ve Teknoloji Üniversitesi, Prag) Profesör Petr Slavíček ve lisans öğrencisi Jakub Dubský, suda bu yavaş elektronların yaratılmasına yönelik temel mekanizmalardan birini, Moleküllerarası Coulombic Bozunma (ICD) olarak bilinen bir süreci ayrıntılı olarak açıkladılar. Güçlü matematiksel modelleri, ETH Zürih’te (Hans-Jakob Woerner ekibi) gerçekleştirilen karmaşık lazer deneylerinden elde edilen tüm verileri başarıyla açıklıyor.
Radyasyon kimyasının temel anlayışını derinleştiren çalışma dergide yayınlandı Doğa İletişimi.
Sulu çözeltilerdeki süreçlere ilişkin ayrıntılı bilgi, yüksek enerjili radyasyon kullanan araştırma teknolojilerindeki ilerlemelerle birleştiğinde radyasyon kimyası alanını dönüştürüyor. Gelecekte bu bilgiler, tıp da dahil olmak üzere çeşitli alanlarda, özellikle de iyonlaştırıcı radyasyona dayalı cihazlar için daha hassas ve kontrol edilebilir uygulamaların geliştirilmesinde önemli değişikliklere yol açabilir.
Moleküllerarası Coulombic Bozunma (ICD) ilk kez yaklaşık 15 yıl önce suda deneysel olarak kanıtlandı, ancak yakın zamana kadar tüm deneyler izole edilmiş moleküller veya çok küçük su kümeleri üzerinde yürütülüyordu. Prag-Zürih işbirliğinin yeni araştırması, ICD’nin sıvı suda proton transferi ve adiyabatik olmayan gevşeme ile rekabetini ölçen ve izotop bağımlılığını ortaya koyan ilk araştırmadır.
Çalışma, bir iç değerlik elektronunun radyasyon yoluyla bir su molekülünden çıkarılmasından sonra ICD işleminin %100 verimli olmadığını göstermektedir. Başta komşu su molekülleri arasındaki ultra hızlı proton transferi ve adyabatik olmayan gevşeme olmak üzere diğer fenomenlere karşı bir yarış içindedir. Araştırmacılar hem normal (H₂O) hem de ağır su (D₂O) üzerinde deneyler yaparak ICD’nin ağır suda daha verimli olduğunu gösterdi. Bu izotop etkisi, döteryum çekirdeklerinin daha yavaş hareketinin, elektronik bozunma sürecinin gerçekleşmesi için daha fazla zaman sağladığını doğrulayarak rekabetin açık bir kanıtını sağlıyor.
Profesör Slavíček, “Modelimiz, bu zorlu deneylerdeki araçların ölçebileceği tüm verileri tahmin ediyor” diyor. “Dolayısıyla cihazların henüz göremediği alanlarda da ona güvenebiliriz ve yüksek enerjili radyasyona maruz kaldıktan sonra çözümde neler olduğunu açıklayabiliriz.”
Stokastik model, genellikle yalnızca tek su molekülleri veya küçük kümeler gibi sınırlı sistemler için hesaplanması mümkün olan kuantum mekaniğinden elde edilen girdilere dayanmaktadır. Bu girdiler deneysel sonuçlarla bir araya getirilerek gerçekçi bir ortamda ICD’nin tam bir resmini sağlayan olasılıksal bir model halinde geliştirildi.
Yayınlanan stokastik modelin yazarının, yakın zamanda UCT Prag’da lisans eğitimini tamamlayan ve Oxford Üniversitesi’nde yüksek lisans eğitimine devam etmeye hazırlanan Jakub Dubský olması dikkat çekicidir.
Profesör Slavíček, öğrencisinin katkısını överek şunları ekliyor: “Bir lisans öğrencisinin, doktora adayı seviyesinde bir çalışma sunarak tamamen yeni bilgiler getiren gerçek, işlevsel bir ürün ortaya çıkarması olağanüstü bir durumdur.”
