Vibrational spectra of light and heavy water with application to neutron cross section calculations

The design of nuclear reactors and neutron moderators require a good representation of the interaction of low energy (E < 1 eV) neutrons with hydrogen and deuterium containing materials. These models are based on the dynamics of the material, represented by its vibrational spectrum. In this paper, we show calculations of the frequency spectrum for light and heavy water at room temperature using two flexible point charge potentials: SPC-MPG and TIP4P/2005f. The results are compared with experimental measurements, with emphasis on inelastic neutron scattering data. Finally, the resulting spectra are applied to calculation of neutron scattering cross sections for these materials, which were found to be a significant improvement over library data.Fil: Marquez Damian, Jose Ignacio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Malaspina, David Cesar. Northwestern University; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Granada, Jose Rolando. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

An Evaluation of the Scattering Law for Light and Heavy Water in ENDF-6 Format, Based on Experimental Data and Molecular Dynamics

In this work we present an evaluation in ENDF-6 format of the scattering law for light and heavy water computed using the LEAPR module of NJOY99. The models used in this evaluation are based on experimental data on light water dynamics measured by Novikov, partial structure factors obtained by Soper, and molecular dynamics calculations performed with GROMACS using a reparameterized version of the flexible SPC model by Toukan and Rahman. The models use the Egelstaff-Schofield diffusion equation for translational motion, and a continuous spectrum calculated from the velocity autocorrelation function computed with GROMACS. The scattering law for H in H2O is computed using the incoherent approximation, and the scattering law D and O in D2O are computed using the Sköld approximation for coherent scattering. The calculations show significant improvement over ENDF/B-VI and ENDF/B-VII when compared with measurements of the total cross section, differential scattering experiments and quasi-elastic neutron scattering experiments (QENS).Fil: Marquez Damian, Jose Ignacio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Granada, Jose Rolando. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Malaspina, David Cesar. Northwestern University; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Identifying a causal link between structure and dynamics in supercooled water

By means of molecular-dynamics simulations we firmly establish the long-awaited existence of strong correlations between structure and dynamics for a glass-forming system: supercooled water. We find molecules with similar structural (and dynamical) properties to be clustered in space, thus reveling the existence of structured regions with low dynamic propensity and unstructured ones with a high-mobility tendency.Fil: Malaspina, David Cesar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Laboratorio de Fisicoquímica; ArgentinaFil: Rodriguez Fris, Jorge Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Laboratorio de Fisicoquímica; ArgentinaFil: Appignanesi, Gustavo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Laboratorio de Fisicoquímica; ArgentinaFil: Sciortino, F.. Universita Di Roma. Departamento de Física; Itali

Comment on “Glass Transition in Biomolecules and the Liquid-Liquid Critical Point of Water”

Fil: Accordino, Sebastian Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Malaspina, David Cesar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Rodriguez Fris, Jorge Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Appignanesi, Gustavo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentin

Structure and orientation of water molecules at model hydrophobic surfaces with curvature: From graphene sheets to carbon nanotubes and fullerenes

We study the structure and orientation of water molecules at model hydrophobic surfaces by means of molecular dynamics. We focus here on the role of geometry in water hydration by comparing the situation for a planar graphene sheet with convex surfaces with different curvature: the exterior surfaces of carbon nanotubes and fullerenes of different radii. In all cases, we find the first water hydration layer to be more structured than the bulk. Additionally, the first water layers are found to be well oriented with respect to the surface normal in a way consistent with a local Ice Ih-like structuring, but differently form the water-air interface (along the opposite direction with respect to ice Ih basal plane). We also show that as the curvature of the surface gets more pronounced, the water molecules get less structured and oriented. This monotonic loss of local structure for proximal water represents a smooth tendency whenever we deal with an extended surface. However, when the surface becomes partially or completely non-extended (within the sub-nanometric regime), the surface water layer becomes to quickly lose structuring and orientation.Fil: Alarcon, Laureano Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Malaspina, David Cesar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Schulz, Erica Patricia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Frechero, Marisa Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Appignanesi, Gustavo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentin

Studies on electrostatic interactions within model nano-confined aqueous environments of different chemical nature

We study the potential of mean force for pairs of parallel flat surfaces with attractive electrostatic interactions by employing model systems functionalized with different charged, hydrophobic and hydrophilic groups.We study the way in which the local environment (hydrophobic or hydrophilic moieties) modulates the interaction between the attractive charged groups on the plates by removing or attracting nearby water and thus screening or not the electrostatic interaction. To explicitly account for the role of the solvent and the local hydrophobicity, we also perform studies in vacuo. Additionally, the results are compared to that for non-charged plates in order to single out and rationalize the non-additivity of the different non-covalent interactions. Our simulations demonstrate that the presence of neighboring hydrophobic groups promote water removal in the vicinity of the charged groups, thus enhancing charge attraction upon self-assembly. This role of the local hydrophobicity modulating electrostatic interactions is consistent with recent qualitative descriptions in the protein binding context.Fil: Montes de Oca, Joan Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Menéndez, Cintia Anabella. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Accordino, Sebastian Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Malaspina, David Cesar. Northwestern University; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Appignanesi, Gustavo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentin

Structure and dynamics of high- and low-density water molecules in the liquid and supercooled regimes

By combining the local structure index with potential energy minimisations we study the local environment of the water molecules for a couple of water models, TIP5P-Ew and SPC/E, in order to characterise low- and high-density “species”. Both models show a similar behaviour within the supercooled regime, with two clearly distinguishable populations of unstructured and structured molecules, the fraction of the latter increasing with supercooling. Additionally, for TIP5P-Ew, we find that the structured component vanishes quickly at the normal liquid regime (above the melting temperature). Thus, while SPC/E provides a fraction of structured molecules similar to that found in X-ray experiments, we show that TIP5P-Ew underestimates such value. Moreover, unlike SPC/E, we demonstrate that TIP5P-Ew does not follow the linear dependence of the logarithm of the structured fraction with inverse temperature, as predicted by the two-order parameter model. Finally, we link structure to dynamics by showing that there exists a strong correlation between structural fluctuation and dynamics in the supercooled state with spatial correlations in both static and dynamic quantities.Fil: Montes de Oca, Joan Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Rodriguez Fris, Jorge Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Accordino, Sebastian Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Malaspina, David Cesar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentina. Northwestern University; Estados UnidosFil: Appignanesi, Gustavo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; Argentin