极性冰中的热致H/D交换——空间中的氘核置乱

我们利用对 H$_2$O、HDO 和 D$_2$O 的特征振动弯曲模式强度随时间及温度的变化进行监测，研究了混合非晶 H$_2$O:D$_2$O 冰中热诱导的质子/氘核交换。实验使用配备红外光谱仪的超高真空装置进行，用于研究在 90 至 140 K 温度范围内共沉积成薄膜的均匀混合冰的光谱演化。利用这种非能量检测法，我们发现 H/D 交换的活化能——$3840 \pm 125$ K——显著低于先前报道的值。这很可能是由于所涉及星际冰类似物的非晶性质。这提供的反应时间尺度($\tau<10^4$ years at $T$ $>70$ K)足够快，使得该过程在星际环境中十分重要。因此，由于 D$_2$O 可能与 H$_2$O 反应生成 HDO，对 D$_2$O 的天文探测将更具挑战性。此外，附加实验与先前研究表明，质子/氘核交换也发生在水与其他氢键分子（特别是 OH 和 NH 基团）的冰混合物中。我们得出结论，冰中的 H/D 交换是一个更普遍的过程，应被纳入应用于原行星盘或模拟彗星冰在过近日点时升温的冰模型之中，以考察其对最终氘氢比的影响程度。