Relier la structure spatio-temporelle des traces d’ionisation des ions lourds de hautes énergies dans l’eau liquide, et les rendements de chaque espèce chimique créée représente un enjeu pour la modélisation des effets des rayonnements de transfert d’énergie linéique (TEL) élevé, notamment dans le contexte nucléaire mais aussi en hadronthérapie. Le radical •OH est l’espèce oxydante critique dans les processus chimiques qui suivent l’ionisation de la molécule d’eau. Il est formé dès la femtoseconde.
Les effets conjugués du TEL et de la température peuvent alors révéler, par effet de compétition, la structure dynamique des radicaux. Pour accéder à ces informations, un verrou expérimental a été levé en concevant une cellule optique à circulation supportant la température, la pression et laissant passer les ions de TEL élevé peu pénétrants. Une série d’expériences a été entreprise au GANIL en collaboration avec le CIRIL.
Les cinétiques de disparition de ŸOH à temps courts sont reproduites entre 10-11 et 10-9 s pour plusieurs températures, en utilisant une microstructure temporelle du faisceau d’ions (Ar18+ de 350 eV/nm et O8+ de 65 eV/nm[1]) issu du cyclotron CSS2 et la technique chimique de « scavenging ».
La gamme temporelle d’occurrence de la décroissance du rendement de ŸOH étant directement reliée au « diamètre » initial de la trace d’ionisation, on en conclut que la trace d’Ar18+ est plus large mais avec une plus forte « concentration locale » de ŸOH que dans une trace d’O8+. Dans ces 2 cas, entre 25 et 200°C, la température accélère les recombinaisons mais n’interfère pas avec la diffusion des espèces.
Pour en savoir plus : Balcerzyk et al., Phys.Chem.Chem.Phys., 2014, 16, 23975
Contact : Gérard Baldacchino
[1] Pour mémoire les g de quelques MeV ont un équivalent TEL de 0,3 eV/nm