오리온 타고 달 돈 폴란드 결정, 미약한 방사선 흔적 포착

폴란드 크라쿠프에서 개발한 작은 결정이 오리온 우주선에 실려 달을 선회한 뒤 우주 방사선의 흔적을 담아 지구로 돌아왔습니다. 폴란드 연구진이 분석 결과를 공개했으며, 이 검출기는 기존 검출기가 기록하지 못하는 신호를 읽어낼 수 있는 것으로 나타났습니다.

Artemis I와 MARE 실험

NASA는 2022년 11월 무인 임무 Artemis I을 발사했습니다. 오리온은 달을 돌고 25일 넘게 비행한 뒤 귀환했습니다. 선내에는 인체 조직 특성을 모사한 팬텀 'Helga'와 'Zohar'가 실렸고, 내부에는 1만 개가 넘는 방사선 검출기가 배치됐습니다.

MARE 실험에는 폴란드과학아카데미 핵물리연구소(크라쿠프)도 참여해 열형광 검출기 약 600개와 불화리튬 결정으로 만든 실험용 형광 센서 수십 개를 공급했습니다. 파웰 빌스키 교수팀은 독일 DLR과 협력해 이 결정에서 다양한 에너지의 방사선 정보를 읽는 방법을 개발했고, 결과는 학술지 Radiation Measurements에 실렸습니다.

전원 없이 기록하는 결정

이 결정은 수동형이어서 전원이나 컴퓨터가 필요 없습니다. 하전 입자가 지나가면 원자 구조에 '색 중심'이라는 결함이 생기고, 실험실에서 푸른빛을 비추면 붉은 형광을 내 특수 현미경으로 입자 하나하나의 궤적을 볼 수 있습니다. 결정은 대체로 가로·세로 약 3mm, 두께 1mm이며 초크랄스키법으로 키웠습니다. 플라스틱 검출기와 달리 화학적 에칭도 필요 없습니다.

같은 위치의 플라스틱 검출기와 비교하니 넓은 에너지 범위에서 비슷한 결과가 나왔습니다. 플라스틱은 보통 물 환산 약 10keV/μm를 넘는 LET 입자를 기록하지만, 결정은 약 4.5keV/μm의 흔적도 관찰했습니다. 다만 가장 약한 흔적을 정확한 선량으로 환산하는 방법은 아직 개발 중이며, 에너지를 매우 많이 전달하는 입자에서는 기존 센서보다 높은 값이 나오기도 했습니다.

달 부근의 방사선

측정 결과 달 주변의 총선량은 지구 저궤도보다 크지만 예상만큼 차이가 크지는 않았습니다. 고에너지 은하 방사선이 몸 전체를 관통하기 때문에 팬텀 내부 선량은 비교적 고르게 분포했습니다. 그래도 장기 노출과 태양 활동에 따른 돌발 현상은 유인 임무의 주요 과제로 남아 있습니다.