Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проведено облучение образцов, содержащих перхлорат натрия ускоренными электронами (~1 МэВ) при токе 1 мА при низком давлении (0.01 торр) и двух температурах – около -140°С и около -65°С. Облучение проведено дозами около 7.5, 12 и 19.5 МГр. В целом в мире эксперименты со столь высокими дозами очень редки, в связи с чем полученные данные о разрушении перхлората представляют большую ценность. Использовались образцы следующего состава: 30% водный раствор NaClO4; смесь безводного NaClO4 (10%) с кварцевым песком (SiO2, 90%); кварцевый песок (70%) c добавлением 30% водного раствора NaClO4 (30%); чистый безводный NaClO4; чистый моногидрат перхлората натрия NaClO4•H2O. Проведен анализ содержания перхлорат-, хлорат-, хлорит-, хлорид-ионов и газообразных диоксида хлора и хлора после облучения с применением ионометрии, спектрофотометрии, капиллярного электрофореза, масс-спектрометрии. На основании полученных данных рассчитана эффективность и скорость разрушения перхлората и синтеза указанных выше ионов и газов в реголите Марса и льду Европы. Доля разрушенного перхлората зависела как от состава образцов, так и от температуры, при которой проводилось облучение. Доля разрушенного перхлората в зависимости от состава образцов повышалась в ряду: 30% раствор (w/v) NaClO4 в воде < NaClO4•H2O < 70% SiO2, 30% раствора NaClO4 (30% w/v) в воде < NaClO4 << 90% SiO2, 10% NaClO4, и отличалась в разы. Так, доля разрушенного перхлората в сухом виде в кварцевом песке была в 4.7-5.0 раз выше, чем в водном растворе без песка. В присутствии кварцевого песка разрушалась бóльшая доля перхлората - в сухом кварцевом песке она была в 1.7-2.4 раза выше, чем для чистого перхлората в сухом виде; в растворе перхлората в присутствии кварцевого песка разрушилось в 1.6-2.2 раза больше молекул по сравнению с раствором перхлората без SiO2. В присутствии воды (льда) сохранялась бóльшая доля перхлората: в растворе сохранилось в 2.2-2.7 больше молекул, чем в чистом безводном перхлорате; в сухом кварцевом песке разрушилось в 2.2-3.0 раза больше молекул, чем в кварцевом песке с раствором перхлората. Вне зависимости от состава образцов наблюдалось увеличение доли разрушенного перхлората при повышении температуры от -140°С до -65°С в 1.4-2.0 раз. С учетом различий в поглощенной дозе для мишеней различного состава (рассчитанных с помощью NISTESTAR) были получены следующие значения эффективности разрушения перхлората (10^(-3) молекул/эВ): 3.6-4.8, 9.2-13.5, 9.8-12.0, 17.1-24.0 для раствора перхлората в песке, раствора перхлората, чистого сухого перхлората и сухого песка с перхлоратом соответственно при температуре -140°С; 7.0-9.3, 13.2-18.1, 14.9-19.4, 17.6-23.5, 25.3-33.4 для раствора перхлората в песке, моногидрата перхлората, раствора перхлората, чистого сухого перхлората и сухого песка с перхлоратом соответственно при температуре -65°С. Таким образом, эффективность радиолиза перхлората в присутствии воды была ниже; в частности в песке с раствором перхлората (где наблюдалась наименьшая эффективность) она была в 4.8-4.9 раз ниже, чем в сухом песке при -140°С и в 3.6 раз при -65°С. Увеличение устойчивости перхлората к облучению в присутствии воды может быть связано с образованием гидратированных соединений – NaClO4•H2O и NaClO4•2H2O. Это подтверждается полученными результатами – скорость радиолиза безводного перхлората была в 1.3 раза выше, чем моногидрата перхлората. При меньшей температуре эффективность радиолиза для всех вариантов была в 1.4-2.0 раза ниже. На основании расчетов интенсивности излучения в реголите Марса и льду Европы и данных об эффективности радиолиза перхлората рассчитано скорости радиолиза перхлората на Марсе и Европе. В облученных образцах методом капиллярного электрофореза обнаружены хлорат-ионы (ClO3-). Эффективность их синтеза составила (10^(-3) молекул/эВ): 4.7-6.5, 4.3-4.6, 4.1-5.1, 0.2-0.5, 0.1-0.3 для чистого перхлората, моногидрата перхлората, раствора перхлората, перхлората с песком без воды и раствора перхлората в песке соответственно. Следует отметить, что в отсутствие воды эффективность образования хлората была ниже, в присутствии кварцевого песка – значительно (на порядок) выше. Значимых различий в зависимости от температуры не было выявлено. Это свидетельствует о том, что от состава матрицы, в которой происходит радиолиз перхлората, зависит не только кинетика процесса, но и механизм (реакции) радиолиза. Хлорид-ионы (Cl-) и хлорит-ионы (ClO2-) в облученных образцах не были обнаружены, что свидетельствует о том, что эффективность их образования в качестве конечного продукта радиолиза как минимум в 50-1000 раз (в зависимости от варианта эксперимента) ниже, чем эффективность образования хлората, или же они не синтезируются вовсе. Диоксид хлора был обнаружен в трех вариантах образцов из пяти: безводный перхлорат, моногидрат, раствор перхлората в концентрациях до 2 мг/г образца. Эффективность синтеза для безводного перхлората и моногидрата мало отличалась и составила 0.49-0.60×10^(-3) молекул/эВ, для водного раствора перхлората эффективность была ниже и составила около 0.1×10^(-3) молекул/эВ. В обоих вариантах, содержавших кварцевый песок, диоксид хлора не был обнаружен, следовательно (с учетом чувствительности методов), эффективность его синтеза была как минимум на два порядка ниже. Во всех вариантах образцов был обнаружен газообразный хлор. Для безводного перхлората, моногидрата, и раствора перхлората эффективность его синтеза составляла около 1.5-1.8×10^(-3) молекул/эВ, для вариантов с песком – около 0.3-0.6×10^(-3) молекул/эВ. Исследовано влияние перхлората натрия на радиорезистентность микроорганизмов. Эксперимент включал в себя 486 образцов – 3 вида бактерий (E. coli, B. subtilis, D. radiodurans) × 3 концентрации перхлората (0, 1, 2.5%) × 3 вмещающие матрицы (вода, каолинит, аналог реголита MMS-2) × 6 вариантов воздействия (лабораторный контроль, контроль транспортировки образцов, воздействие низкого давления и температуры без облучения, облучение тремя дозами радиации) × 3 повторности. Образцы бактерий были облучены ускоренными электронами при давлении 0.01 торр и температуре около -60°С дозами 5, 10 и 15 кГр. Численность бактерий была определена методом посева на плотные питательные среды. Установлено, что присутствие перхлората натрия в концентрациях до 2.5% не влияет на выживаемость микроорганизмов при облучении ионизирующей радиацией (в отличие от показанного ранее эффекта при УФ-облучении). Это свидетельствует в пользу потенциальной обитаемости перхлорат-содержащих экологических ниш на Марсе.