The role of carbon grains in the deuteration of H2

Aims: The production of molecular hydrogen and its deuterated forms onto carbonaceous dust grains is investigated in detail. The goal of this study is to estimate the importance of the chemistry occuring on grain surfaces for the deuteration of H2. Furthermore, we aim to find a robust and general surface chemical model which can be used in different astrophysical environments. Methods: Surface processes are described for the cases of graphitic and amorphous--carbon grains, where laboratory work is available. Langmuir--Hinshelwood as well as Eley--Rideal surface chemistries are included in the model and their relative contributions are highlighted. Analytic expressions are derived for H2, HD, and D2 formation efficiencies for both type of grains. Rate equations are tested against stochastic methods. Results: As expected, rate equations and stochastic methods diverge for grain sizes lower than a critical value acrit. For grain sizes below this critical value, D2 formation decreases to favour HD formation. The formation efficiencies of H2 and D2 can be calculated by adding a correction factor to the rate equations methods. We found that because of the presence of chemisorbed sites, which can store atoms to form molecules up to high grain temperatures, the formation efficiency of HD and D2 is very high compared to models where only physisorption sites are taken into account. When considering a realistic distribution of dust grains, we found that the formation rate of H2 and HD is enhanced by an order of magnitude if small grains are taken into account. The processes described in this paper, that allow a strong enhancement of the deuterated forms of molecular hydrogen, could explain the high degree of deuterium fractionation observed in protostellar environments.Comment: 17 pages 25 figure

Water formation on bare grains: When the chemistry on dust impacts interstellar gas

Context. Water together with O2 are important gas phase ingredients to cool dense gas in order to form stars. On dust grains, H2 O is an important constituent of the icy mantle in which a complex chemistry is taking place, as revealed by hot core observations. The formation of water can occur on dust grain surfaces, and can impact gas phase composition. Aims. The formation of molecules such as OH, H2 O, HO2, H2 O2, as well as their deuterated forms and O2 and O3 is studied in order to assess how the chemistry varies in different astrophysical environments, and how the gas phase is affected by grain surface chemistry. Methods. We use Monte Carlo simulations to follow the formation of molecules on bare grains as well as the fraction of molecules released into the gas phase. We consider a surface reaction network, based on gas phase reactions, as well as UV photo-dissociation of the chemical species. Results. We show that grain surface chemistry has a strong impact on gas phase chemistry, and that this chemistry is very different for different dust grain temperatures. Low temperatures favor hydrogenation, while higher temperatures favor oxygenation. Also, UV photons dissociate the molecules on the surface, that can reform subsequently. The formation-destruction cycle increases the amount of species released into the gas phase. We also determine the time scales to form ices in diffuse and dense clouds, and show that ices are formed only in shielded environments, as supported by observations.Comment: Accepted in A&

Influence of the pH on molecular hydrogen primary yields in He2+ ion tracks in liquid water. A Monte Carlo study

Monte Carlo calculations are performed to investigate how the acidity of aqueous solutions at room temperature affects the molecular hydrogen (H-2) yield as a function of time in 20 MeV-He2+ ion track segments. For pH value, varying from 1 to 13, the time dependence of the calculated yields is nearly independent of pH in (he time ranee 10(-12)-10(-8) s and only weakly dependent in the time range 10(-8)-10(-6) s. To understand this behaviour. the kinetic mechanisms governing H-2 formation are examined as a function of time. It is found that the main reaction.; responsible for the H-2 yield as a function of time are strongly pH-dependent at low and high pH values. The pH-dependences of the reaction yields are however such that the variations in the yields compensate each other. This is why the time dependence of the H-2 yield is only weakly pH-dependen

Simulation Monte Carlo du transport d'électrons non relativistes dans l'eau liquide irradiée : rendement des espèces formées à 10

Les ingrédients et les résultats d’un programme Monte Carlo simulant le ralentissement d'électrons non relativistes dans l'eau liquide et l'évolution des espèces créées sont présentés. Les rendements en ions et molécules excitées à 10-15 s renseignent sur l’importance relative des événements primaires. Après une réorganisation du milieu, vers 10-12 s, l'eau irradiée présente une distribution non homogène de produits radicalaires et moléculaires dont nous donnons les rendements calculés. Parmi eux, les rendements obtenus de 5,3 électrons et de 6,0 radicaux hydroxyle par 100 eV d'énergie absorbée sont compatibles avec les mesures correspondantes à 30 et 200 picosecondes

Calculs des rendements des produits de la radiolyse de l'eau en fonction du temps par une méthode Monte Carlo

En radiobiologie, il est important de connaître les rendements des produits de la radiolyse de l’eau ainsi que leur répartition spatiale. Nous présentons dans ce travail les résultats d'une simulation Monte Carlo fournissant la dépendance temporelle de ces rendements ainsi que des cartes tridimensionnelles de la disposition des espèces pour des temps inférieurs à la microseconde

Rôle des distances de thermalisation des électrons dans la radiolyse de l’eau liquide

Nous présentons une revue des méthodes expérimentales et théoriques qui ont été utilisées pour déterminer les distances de thermalisation (rth) des électrons de subexcitation dans l'eau liquide. A cela, nous ajoutons les résultats de nos calculs de simulation Monte Carlo de la formation et de l’évolution chimique de traces de protons de 300 MeV qui montrent l'influence de rth sur le déclin des rendements d'électrons hydratés. En accord avec ce qui ressort de notre revue de la littérature, nous trouvons que devrait être de l'ordre de 9 à 10 nm

Évolution des espèces produites par le ralentissement de protons rapides dans l’eau liquide : simulation fondée sur l’approximation des temps de réaction indépendants

Nous présentons les résultats d'un programme simulant le ralentissement de protons rapides dans l'eau liquide pure sur de courts segments de trajectoire pour lesquels le transfert d'énergie linéique (TEL) reste à peu près constant. Les distributions spatiales des espèces radiolytiques obtenues à ~10-12 s servent de conditions de départ à la simulation de l'étape de chimie inhomogène traitée dans l’approximation des "temps de réaction indépendants". L'évolution des rendements radicalaires et moléculaires en est déduite jusqu'à ~10-6 s. Les résultats obtenus sont comparés pour des segments de trace de protons correspondant à différentes valeurs de TEL comprises entre 0,3 et 20 keV/μm