Orion : des cristaux polonais autour de la Lune détectent des traces rares

De minuscules cristaux mis au point à Cracovie ont contourné la Lune à bord du vaisseau Orion de la NASA, puis sont revenus sur Terre avec des traces de rayonnement cosmique. Des chercheurs polonais viennent de présenter leur analyse : ces dispositifs repèrent des signaux que les détecteurs traditionnels n'enregistrent pas.

D'Artemis I au laboratoire

La mission inhabitée Artemis I a décollé en novembre 2022 et Orion est revenu après plus de 25 jours. L'un des objectifs était d'évaluer le rayonnement auquel seront exposés les futurs astronautes. Deux fantômes, modèles du corps humain baptisés Helga et Zohar, portaient plus de 10 000 détecteurs dans le cadre de l'expérience MARE.

L'Institut de physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences, à Cracovie, a fourni environ 600 détecteurs thermoluminescents et plusieurs dizaines de capteurs expérimentaux à fluorescence, en cristaux de fluorure de lithium. Une équipe dirigée par le professeur Paweł Bilski, avec le DLR allemand, a conçu une méthode pour y lire des rayonnements d'énergies variées. Les résultats paraissent dans Radiation Measurements.

Ces cristaux sont passifs et n'ont besoin d'aucune alimentation. Le passage d'une particule chargée crée des centres colorés ; en laboratoire, éclairés en bleu, ils émettent une lumière rouge visible au microscope spécialisé. Mesurant environ 3 mm sur 3 mm pour 1 mm d'épaisseur, ils sont tirés par la méthode de Czochralski et, contrairement aux détecteurs plastiques, ne nécessitent pas de gravure chimique.

Une sensibilité supérieure

Comparés aux détecteurs plastiques placés aux mêmes endroits, les cristaux donnent une image proche sur une large plage d'énergies. Ils captent en outre des traces plus faibles : les détecteurs plastiques enregistrent en général les particules au-delà d'environ 10 keV par micromètre (transfert d'énergie linéique, en équivalent eau), contre environ 4,5 keV par micromètre pour les cristaux.

Les chercheurs précisent que ces signaux les plus ténus ne peuvent pas encore être convertis de façon fiable en dose ; les méthodes d'étalonnage sont en cours d'élaboration. Pour les particules très énergétiques, les cristaux ont parfois surestimé les valeurs. La direction d'arrivée des particules reste aussi un défi.

Ce que cela change pour les astronautes

Selon MARE, les doses totales près de la Lune dépassent celles de l'orbite basse, mais moins qu'on ne le pensait. La dose dans les fantômes était assez uniforme, le rayonnement galactique de haute énergie traversant tout le corps. Une exposition prolongée reste un problème majeur pour les missions habitées, surtout en cas d'activité solaire.