Кристаллы фторида лития помогли оценить радиацию у Луны в миссии Artemis I
Кристаллы из фторида лития, разработанные польскими учёными, прошли испытание в условиях реального полёта в окрестностях Луны — в рамках миссии NASA Artemis I. Экспериментальные детекторы показали результаты, совпадающие с данными обычных приборов в пределах 15%, и при этом зафиксировали треки частиц, которые прежние системы не улавливали. Работа опубликована в журнале Radiation Measurements.
Зачем нужны новые детекторы для дальнего космоса
Радиационная обстановка в межпланетном пространстве разительно отличается от той, что характерна для низкой околоземной орбиты. На орбите Земли основная угроза — протоны из радиационных поясов Ван Аллена. Они останавливаются на разной глубине в теле человека, создавая неравномерное распределение дозы. Галактические космические лучи — доминирующий источник радиации за пределами магнитного поля Земли — обладают намного более высокой энергией и насквозь пронизывают тело, отдавая лишь часть своей энергии. Это формирует почти однородное распределение дозы по всему объёму тела. Понять, как именно облучается будущий астронавт в дальнем космическом полёте, — принципиальная задача для безопасности пилотируемых миссий.
Стандартные пластиковые трековые детекторы требуют химической обработки перед считыванием, а диапазон частиц, которые они фиксируют, ограничен. Кристаллы фторида лития (LiF), разработанные в Институте ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN, Краков), работают иначе: после облучения они светятся красным светом под синим освещением, и их можно читать прямо под обычным флуоресцентным микроскопом — без химии. Кроме того, они фиксируют более широкий спектр частиц и энергий, в том числе низкоэнергетические треки ниже порога обнаружения существующих систем.
Как устроен эксперимент MARE на борту Artemis I
Экспериментальная установка являлась частью международного проекта MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment). Более 10 000 детекторов были размещены внутри двух человекоподобных манекенов — так называемых фантомов, имитирующих тело астронавта. Несколько десятков из них составляли экспериментальные кристаллы LiF от IFJ PAN; ещё около 600 детекторов того же института были стандартными. Оба фантома находились на борту корабля Orion во время его облёта Луны во время миссии 2022 года.
Основные результаты:
- суммарные дозы вблизи Луны выше, чем на МКС, однако разница оказалась меньше ожидаемой;
- распределение дозы внутри фантома — почти равномерное, что соответствует физике галактических космических лучей с высокой проникающей способностью;
- кристаллы LiF зафиксировали низкоэнергетические треки, которые обычные детекторы не видят;
- расхождение между показаниями LiF-кристаллов и традиционных трековых детекторов в перекрывающемся диапазоне не превысило 15%.
Что это значит для будущих миссий
Читайте также: Solar Orbiter обнаружил сверхбыстрые волны в корональных дырах Солнца.
Соавтор исследования профессор Павел Бильски отметил, что новые детекторы способны дополнить стандартные дозиметрические системы и дать более полную картину радиационной нагрузки в дальнем космосе. Польское участие в эксперименте финансировалось грантом Национального научного центра. По мере подготовки пилотируемых миссий Artemis к Луне точные данные о радиации становятся всё более важными: накопленная доза за многомесячный полёт к Марсу была бы существенно выше, чем за двухнедельный лунный вояж, а понимание реального распределения дозы в теле влияет на проектирование радиационной защиты и норм допустимого облучения для экипажа.
