КОГДА ПРОИСХОДИТ ПОГЛОЩЕНИЕ СКРЫТОЙ ТЕПЛОТЫ ПРИ ПЛАВЛЕНИИ ЛЬДА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПОЗИТРОННОЙ АННИГИЛЯЦИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ?

Проведены измерения временных аннигиляционных спектров во льду и в воде. Показано, что накопление структурных дефектов в твердой фазе, во льду, связанное с поглощением скрытой теплоты плавления, начинается только при небольшом перегреве (+0.1…+0.4°C) поверхности льда над точкой фазового перехода. Это хорошо видно по характеру изменения параметров временных аннигиляционных спектров: при отрицательных температурах вариация параметров практически отсутствует, а при превышении 0°C изменения сразу заметны.

1. Kontogeorgis G.M., Holster A., Kottaki N. et al. Water structure, properties and some applications – A review // Chem. Thermodyn. Therm. Anal. 2022. V. 6. P. 100053. https://doi.org/10.1016/j.ctta.2022.100053

2. Fitzner M., Sosso G.C., Cox S.J., Michaelides A. Ice is born in low-mobility regions of supercooled liquid water // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2019. V. 116 (6). P. 2009–2014. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1817135116].

3. Mukherjee S., Bagchi B. Entropic Origin of the Attenuated Width of the Ice-Water Interface // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. P. 7334–7340. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.0c02030

4. Степанов И.С., Будаева Л.И., Разницын О.А., Карпов М.В., Степанов С.В. Какова толщина плавления льда? // Ядерная физика и инжиниринг. 2025. Т. 16 (4). С. 548–558 [Stepanov I.S., Budaeva L.I., Raznitsyn O.A., Karpov M.V., Stepanov S.V. What is the Thickness of the Ice Melting Front? // Phys. At. Nucl. 2024. V. 87 (10). P. 1483–1492. https://doi.org/10.1134/S1063778824090400] https://doi.org/10.56304/S2079562924060411

5. Pettersson L.G.M., Henchman R.H., Nilsson A. Water – The Most Anomalous Liquid // Chem. Rev. 2016. V. 116. P. 7459–7462. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00363

6. Mishima O., Calvert L.D., Whalley E. An apparent firstorder transition between two amorphous phases of ice induced by pressure // Nature. 1985. V. 314. P. 76–78. https://doi.org/10.1038/314076a0

7. Murata K., Tanaka H. Liquid-liquid transition without macroscopic phase separation in a water-glycerol mixture // Nat. Mater. 2012. V. 11. P. 436–443. https://doi.org/10.1038/NMAT3271

8. Yoshida K., Nishimoto S., Yamaguchi T. Structural analysis of hydrazinium trifluoroacetate aqueous solution by X-ray diffraction and empirical potential structure refinement modeling in the temperature range of 25 to –125°C // J. Mol. Liq. 2022. V. 353. 118802. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.118802

9. Zaleski R., Gorgol M., Kierys A., Maheshwari P., Pietrow M., Pujari P.K., Zgardzinśka B. Unraveling the Phase Behavior of Water Confined in Nanochannels through Positron Annihilation // J. Phys. Chem. C. 2022. V. 126. P. 5916–5926. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c10877

10. Krause-Rehberg R., Leipner H.S. Positron Annihilation in Semiconductors: Defect Studies. Springer Series in Solid-State Sciences. V. 127. 1999. Berlin: Springer.

11. Mogensen O.E. Positron Annihilation in Chemistry”. Springer Series in Chemical Physics. V. 58. 1995. Berlin: Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-85123-0

12. Бяков В.М., Степанов С.В. Образование атома позитрония в молекулярных средах и выявление канцерогенных и антиканцерогенных свойств химических соединений // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96 (1). С. 18–38. https://doi.org/10.31857/S0044453722010058

13. Stepanov S.V., Byakov V.M. Electric field effect on Ps formation in liquids // J. Chem. Phys. 2002. V. 116 (4). P. 6178–6195. https://doi.org/10.1063/1.1451244

14. Mogensen O.E. Spur reaction model of positronium formation // J. Chem. Phys. 1974. V. 60. P. 998–1004. https://doi.org/10.1063/1.1681180

15. Eldrup M., Lightbody D., Sherwood J.N. The temperature dependence of positron lifetimes in solid pivalic acid // Chem. Phys. 1981. V. 63. P. 51–58. https://doi.org/10.1016/0301-0104(81)80307-2

16. Mogensen O., Kvajić G., Eldrup M., Milošević-Kvajić M. Angular Correlation of Annihilation Photons in Ice Single Crystals // Phys. Rev. B. 1971. V. 4. P. 71–73. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.4.71

17. Nagai Y., Kakimoto M., Hyodo T., Fujiwara K.,Ikari H., Eldrup M., Stewart A.T. Temperature dependence of the momentum distribution of positronium in MgF2, SiO2, and H2O // Phys. Rev. 2000. V. 62 (9). P. 5531–5535. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.5531

18. Šauša O., Iskrová M., Sláviková B., Majerník V., Krištiak J. Positron Annihilation in Undercooled Water and Ice // Mater. Sci. Forum. 2011. V. 666. P. 115–118. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.666.115

19. Zgardzińska B., Goworek T. Search for Premelting at the End of Positron Track in Ice // Phys. Lett. A. 2014. 378. P. 915–917.

20. Eldrup M. Vacancy migration and void formation in -irradiated ice // J. Chem. Phys. 1976. V. 64. P. 5283–5290. https://doi.org/10.1063/1.432157

21. Eldrup M., Mogensen O.E., Bilgram J.H. Vacancies in HF-doped and in Irradiated Ice by Positron Annihilation Techniques // J. Glaciol. 1978. V. 21 (85). P. 101–113. https://doi.org/10.3189/S0022143000033347

22. Stepanov S.V., Zvezhinski D.S., Duplâtre G., Byakov V.M., Batskikh Yu.Yu., Stepanov P.S. Incorporation of the Magnetic Quenching Effect into the Blob Model of Ps Formation. Finite Sized Ps in a Potential Well // Mater. Sci. Forum. 2010. V. 666. P. 109–114. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF. 666.109

23. Zemskaya L.I., Ilyukhina O.V., Karpov M.V., Stepanov S.V. Positronium annihilation in freshly defrosted thawed water // Phys. Wave Phenom. 2023. V. 31. P. 105–109. https://doi.org/10.3103/s1541308x23020115