Польские кристаллы с Orion облетели Луну и нашли слабые следы радиации

Крошечные кристаллы, созданные в Кракове, облетели Луну на борту корабля Orion и вернулись на Землю с записанными следами космического излучения. Польские учёные представили результаты анализа: такие детекторы замечают сигналы, которые не регистрируют традиционные датчики.

Эксперимент MARE на Artemis I

Беспилотная миссия NASA Artemis I состоялась в ноябре 2022 года. Orion облетел Луну и спустя более 25 суток вернулся на Землю. На борту находились два фантома — модели человеческого тела из материалов, имитирующих ткани, — Helga и Zohar. Внутри разместили более 10 тысяч детекторов излучения.

В эксперименте MARE участвовал Институт ядерной физики Польской академии наук в Кракове. Он предоставил около 600 термолюминесцентных детекторов и несколько десятков экспериментальных флуоресцентных датчиков из кристаллов фторида лития. Команда профессора Павла Бильского совместно с немецким DLR разработала метод считывания с них данных об излучении разных энергий. Результаты опубликованы в журнале Radiation Measurements.

Кристалл вместо пластика

Детекторы пассивны: питание не нужно, считывание проводится в лаборатории. Заряженная частица создаёт в кристалле центры окраски. При освещении синим светом они излучают красную флуоресценцию, видимую под микроскопом. Кристаллы обычно размером около 3 мм в длину и ширину и 1 мм в толщину выращены методом Чохральского. В отличие от пластиковых трековых детекторов, химическое травление им не требуется.

Обе технологии дали схожую картину в широком диапазоне энергий. Но кристаллы зафиксировали и следы при линейной передаче энергии (LET) около 4,5 кэВ/мкм, тогда как пластиковые детекторы обычно видят частицы выше примерно 10 кэВ/мкм.

Дозы и ограничения

Измерения показывают: суммарные дозы у Луны выше, чем на низкой околоземной орбите, но разница меньше, чем можно было ожидать. Внутри фантомов доза распределялась относительно равномерно, поскольку высокоэнергетическое галактическое излучение проникает через всё тело.

Метод пока несовершенен. Самые слабые следы нельзя точно пересчитать в дозу, а для частиц с очень большой передачей энергии кристаллы завышали результаты по сравнению с традиционными датчиками. Учёные продолжают работать над калибровкой и учётом разных направлений прилёта частиц.