オリオンで月を周回したポーランド製結晶、微弱な放射線を記録

ポーランド・クラクフで開発された小さな結晶が、探査機オリオンに載って月を周回し、宇宙放射線の痕跡を記録して地球に戻った。ポーランドの研究チームが解析結果を公表し、従来の検出器では捉えられない信号を読み取れることが分かった。

Artemis IとMARE実験

2022年11月、NASAは無人のArtemis Iを打ち上げた。オリオンは月を周回し、25日余りで帰還した。船内には人体組織を模した2体のファントム「Helga」と「Zohar」が搭載され、内部には1万個超の放射線検出器が置かれた。

MARE実験にはポーランド科学アカデミー核物理学研究所(クラクフ)も参加し、約600個の熱ルミネッセンス検出器と、フッ化リチウム結晶による実験的な蛍光センサー数十個を提供した。パヴェウ・ビルスキ教授のチームはドイツのDLRと協力し、結晶から多様なエネルギーの放射線情報を読み出す手法を開発。成果は学術誌Radiation Measurementsに掲載された。

電源不要の「写真フィルム」

結晶は受動型で、電源やコンピューターは不要だ。荷電粒子が通過すると原子構造に「色中心」と呼ばれる欠陥ができ、実験室で青色光を当てると赤い蛍光を発する。これを専用顕微鏡で観察すると、粒子1個ごとの飛跡が見える。結晶は約3mm角、厚さ1mmで、チョクラルスキー法で育てられた。プラスチック検出器と違い、化学的なエッチングも要らない。

同じ位置に置いたプラスチック検出器と比べると、広いエネルギー範囲で似た結果になった。一方、プラスチックが通常記録するのは水換算で約10keV/μmを超えるLETの粒子だが、結晶は約4.5keV/μmの痕跡も観察できた。ただし最も弱い痕跡を線量に正確に換算する手法は開発中で、非常に大きなエネルギーを与える粒子では従来センサーより高めの値も出た。

月付近の放射線環境

測定では、月周辺の総線量は地球低軌道より大きいものの、想定ほど大差はなかった。高エネルギーの銀河放射線は体を貫くため、ファントム内の線量は比較的均一だった。それでも長期被曝や太陽活動による突発的な現象は、有人ミッションの大きな課題として残る。