ИСТИНА

Проект направлен на изучение механизмов радиационно-химических превращений в низкотемпературных конденсированных фазах на основе ацетилена, этилена и этана, представляющих интерес с позиций моделирования процессов, происходящих в планенартных и межзвёздных льдах под действием ионизирующих излучений. В рамках проекта планируется впервые систематически исследовать структуру и низкотемпературные реакции интермедиатов и стабильных продуктов радиолиза, образующихся в льдах различного состава на основе углеводородов С2 в условиях воздействия рентгеновского излучения с энергией 10 – 30 кэВ при температурах от 7 K. В качестве основных методов исследований будут использованы ИК- и ЭПР-спектроскопия. На основании полученных данных будет предложена правдоподобная схема механизма радиационно-индуцированных превращений углеводородов и примесных молекул (простых кислород- и азотсодержащих соединений) в исследуемых системах.

The project aims to study the mechanisms of radiation-chemical transformations in low-temperature solids based on acetylene, ethylene, and ethane. Such transformations are of specific interest for modeling chemical processes occuring in planetary and interstellar ices under the action of ionizing radiation. Under this project it is planned to systematically investigate the structure and low-temperature reactions of intermediates and stable radiolysis products formed in the C2 hydrocarbons-based ices exposed to X-rays with an energy of 10 - 30 keV at temperatures of ca. 7 K. FTIR and EPR spectroscopy will be used in this studies. It is expected to obtain a realistic scheme of the mechanisms of radiation-induced transformations of hydrocarbons and some impurity molecules (simple oxygen- and nitrogen-containing compounds) in the studied systems from the results obtained under this project.

1. Будет создана и оптимизирована оригинальная экспериментальная методика изучения радиационно-химических превращений в молекулярных льдах под действием рентгеновского излучения при криогенных температурах (от 7 К). 2. Будет установлен состав конечных и промежуточных продуктов превращения замороженных ацетилена, этилена и этана в указанных условиях. 3. Будет впервые получена информация (ИК- и ЭПР- спектры) о составе продуктов, образующихся при воздействии рентгеновского излучения на смешанные (двухкомпонентные) льды на основе углеводородов С2 с добавлением NH3/CO2/CO/H2O. 4. На основании полученных экспериментальных результатов будет предложена правдоподобная схема механизма радиационно-индуцированных процессов в исследуемых молекулярных льдах.

Имеется существенный экспериментально-методический задел, позволяющий рассчитывать на успешное выполнение исследований по проекту. Руководитель проекта и один из исполнителей проекта имеют опыт экспериментальных исследований радиационно-химических превращений малых молекул, представляющих астрохимический интерес (в том числе ацетилена), в низкотемпературных матрицах благородных газов с использованием ИК- и ЭПР- спектроскопии. В частности, опыт связан с работами в качестве исполнителей проектов РФФИ-12-03-31559 и РНФ-14-13-01266. В ходе их выполнения получены оригинальные результаты, касающиеся механизма радиационно- индуцированных превращений в матрицах твердых благородных газов, образования и фотохимических реакций необычных соединений, содержащих атомы ксенона и криптона. Результаты этих работ опубликованы в ведущих международных журналах, входящих в top25 по соответствующим рубрикам, сделан ряд докладов на крупных международных конференциях. Вместе с тем, следует подчеркнуть, что предлагаемый проект существенно отличается от выполненных исследований по матричной изоляции в связи с тем, что в нем планируется впервые исследовать превращения в индивидуальных и смешанных молекулярных льдах. Кроме того, руководитель имеет опыт работы в проекте, связанном с радиолизом замороженных ароматических углеводородов при температурах гелиевого диапазона (НИР по договору с ОИЯИ, 2014). Наконец, руководитель и один из исполнителей настоящего проекта имеют опыт работы в качестве исполнителей проектов, связанных с анализом радиационной обстановки в космическом пространстве и возможных радиационно-химических эффектов в материалах в условиях открытого космоса (НИР по договору с ЦНИИмаш, 2013).

В ходе реализации проекта были впервые выполнены систематические исследования радиационно-индуцированных превращений молекул углеводородов С2 как в индивидуальных льдах, так и в инертных матрицах под действием рентгеновского излучения при криогенных температурах (5 К). Были идентифицированы основные молекулярные и радикальные продукты радиолиза в различных условиях и выявлены закономерности влияния окружения на ранние стадии радиационно-индуцированных процессов. Определены радиационно-химические выходы разложения исследованных углеводородов в различных инертных матрицах; показано, что радиационная стойкость этих соединений на молекулярном уровне снижается в ряду ацетилен – этилен – этан. Показано, что для изолированных молекул основной механизм радиационно-индуцированной деградации связан с последовательным дегидрированием, которое в пределе больших доз должно приводить к образованию углеродных частиц C2. Напротив, для ацетиленового льда происходят преимущественно процессы радиационно-индуцированной конденсации с образованием непредельных и ароматических углеводородов. Выявлено существенное физических характеристик инертной матрицы на эффективность радиолиза изолированных молекул углеводородов, а в ряде случаев – также на соотношение каналов реакций. Предложена схема основных радиационно-индуцированных превращений.