Polnische Kristalle umrunden den Mond und messen schwache Strahlung

In Krakau entwickelte Kristalle haben an Bord von NASAs Raumschiff Orion den Mond umrundet und Aufzeichnungen kosmischer Strahlung zur Erde gebracht. Polnische Forscher haben nun die Auswertung vorgelegt: Die Geräte erfassen Signale, die herkömmliche Detektoren nicht registrieren.

Von Artemis I ins Labor

Die unbemannte Mission Artemis I startete im November 2022, Orion kehrte nach mehr als 25 Tagen zurück. Ein Ziel war es, die Strahlenbelastung künftiger Astronauten zu messen. In den beiden Phantomen Helga und Zohar, Nachbildungen des menschlichen Körpers, befanden sich im Experiment MARE über 10.000 Detektoren.

Das Institut für Kernphysik der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Krakau steuerte rund 600 Thermolumineszenzdetektoren und mehrere Dutzend experimentelle Fluoreszenzsensoren aus Lithiumfluorid-Kristallen bei. Ein Team unter Prof. Paweł Bilski entwickelte gemeinsam mit dem DLR eine Methode, um daraus Strahlung unterschiedlicher Energien auszulesen. Die Ergebnisse erschienen in Radiation Measurements.

Die Kristalle arbeiten passiv und brauchen keinen Strom. Durchquert ein geladenes Teilchen den Kristall, entstehen Farbzentren. Im Labor leuchten sie unter blauem Licht rot und werden unter einem Spezialmikroskop sichtbar. Die Kristalle sind etwa 3 mal 3 Millimeter groß und 1 Millimeter dick, gezüchtet nach dem Czochralski-Verfahren. Anders als Kunststoffdetektoren benötigen sie kein chemisches Ätzen.

Höhere Empfindlichkeit

Im Vergleich mit Kunststoffdetektoren an denselben Stellen ergab sich über einen weiten Energiebereich ein ähnliches Bild. Die Kristalle zeigten aber auch schwächere Spuren: Kunststoffdetektoren erfassen meist Teilchen oberhalb von etwa 10 keV pro Mikrometer (linearer Energietransfer, bezogen auf Wasser), die Kristalle schon bei rund 4,5 keV pro Mikrometer.

Die schwächsten Signale lassen sich laut den Forschern noch nicht verlässlich in Dosis umrechnen; Kalibrierungsmethoden werden weiterentwickelt. Bei Teilchen mit sehr hohem Energieübertrag überschätzten die Kristalle teils die Werte. Auch die Einfallsrichtung bleibt eine Herausforderung, da Teilchen im All aus allen Richtungen kommen.

Bedeutung für Astronauten

Die MARE-Messungen zeigen: Die Gesamtdosis am Mond liegt höher als im niedrigen Erdorbit, aber weniger deutlich als vermutet. In den Phantomen war die Dosis relativ gleichmäßig verteilt, weil hochenergetische galaktische Strahlung den ganzen Körper durchdringt. Lange Aufenthalte bleiben ein zentrales Problem bemannter Missionen, besonders bei Sonnenaktivität.