Polskie kryształy z Oriona wykryły słabe ślady promieniowania

Maleńkie kryształy opracowane w Krakowie poleciały wokół Księżyca na pokładzie statku Orion i wróciły na Ziemię z zapisanymi śladami promieniowania kosmicznego. Polscy naukowcy przedstawili wyniki analizy: detektory dostrzegają sygnały, których nie rejestrują tradycyjne czujniki.

Eksperyment MARE na pokładzie Artemis I

Misja Artemis I wystartowała w listopadzie 2022 r. Orion okrążył Księżyc i po ponad 25 dniach wrócił na Ziemię. Na pokładzie znalazły się dwa fantomy, Helga i Zohar, czyli modele ludzkiego ciała z materiałów odwzorowujących tkanki. W ich wnętrzu umieszczono ponad 10 tys. detektorów promieniowania.

Do eksperymentu MARE Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie dostarczył około 600 detektorów termoluminescencyjnych oraz kilkadziesiąt czujników fluorescencyjnych z kryształów fluorku litu. Zespół prof. Pawła Bilskiego, wspólnie z niemieckim DLR, opracował metodę odczytu z nich informacji o promieniowaniu o różnych energiach. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Radiation Measurements.

Kryształ zamiast plastiku

Detektory są pasywne: nie potrzebują zasilania, a odczyt następuje w laboratorium. Naładowana cząstka tworzy w krysztale centra barwne. Po oświetleniu niebieskim światłem emitują one czerwoną fluorescencję widoczną pod mikroskopem. Kryształy mają zwykle ok. 3 mm długości i szerokości oraz 1 mm grubości, a wyhodowano je metodą Czochralskiego. W odróżnieniu od detektorów plastikowych nie wymagają trawienia chemicznego.

Obie technologie dały zbliżony obraz promieniowania w szerokim zakresie energii. Kryształy zarejestrowały jednak także ślady przy liniowym przekazie energii (LET) około 4,5 keV na mikrometr, podczas gdy detektory plastikowe widzą zwykle cząstki powyżej ok. 10 keV na mikrometr.

Dawki i ograniczenia

Pomiary wskazują, że dawki w rejonie Księżyca są większe niż na niskiej orbicie okołoziemskiej, ale różnica jest mniejsza, niż można sądzić. Dawka wewnątrz fantomów rozkładała się względnie równomiernie, bo wysokoenergetyczne promieniowanie galaktyczne przenika całe ciało.

Metoda nie jest jeszcze doskonała. Najsłabszych śladów nie da się dokładnie przeliczyć na dawkę, a w przypadku cząstek przekazujących bardzo dużo energii kryształy zawyżały wyniki względem czujników tradycyjnych. Naukowcy nadal pracują nad kalibracją i uwzględnieniem różnych kierunków nadlatywania cząstek.