Во время миссии "Артемида-1" в конце ноября - начале декабря 2022 года беспилотный корабль "Орион" облетел Луну. На его борту тысячи маленьких кристаллов собирали данные о космической радиации. Часть из них - несколько десятков флуоресцентных детекторов на основе фторида лития - разработали в Институте ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN) в Кракове. Метод считывания информации с этих детекторов описан в журнале Radiation Measurements.

Такие детекторы пассивны: они работают как фотоплёнка. Когда частица ионизирующего излучения проходит через кристалл, она оставляет дефекты в его решётке. При лабораторном считывании эти дефекты возбуждаются синим светом и испускают красное свечение - флуоресценцию, которую видно под микроскопом. По словам одного из авторов работы Павла Бильского, после облучения следы частиц анализируют оптически.

В эксперименте MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) детекторы установили в двух манекенах, имитирующих человека. Всего IFJ PAN поставил для опыта почти 600 кристаллических детекторов другого типа - термолюминесцентных.

Считывать следы частиц у Луны оказалось быстро: фториду лития не нужна химическая обработка, достаточно флуоресцентного микроскопа. Трудности начались при попытке получить количественные оценки - потребовались сложные методы калибровки. Космические лучи приходят со всех сторон и содержат все встречающиеся в природе типы частиц и ядер в широком диапазоне энергий. Поэтому под микроскопом следы идут в разных направлениях, и камера ловит размытое свечение от участков вне фокальной плоскости. Кроме того, сильно ионизирующие частицы оставляют сплошные линии, а слабо ионизирующие - лишь цепочки отдельных точек.

После поправок и разработки программы, убирающей фон, результаты отличались не более чем на 15% от данных обычных трековых детекторов во всём перекрывающемся диапазоне. Исследователи также зафиксировали множество следов с энергией ниже порога детекторов, применявшихся до сих пор.

На МКС в эксперименте MATROSНКА часть дозы в манекенах давали низкоэнергетические протоны из радиационных поясов Ван Аллена - областей вокруг Земли, удерживающих заряженные частицы. Они теряли энергию на разной глубине, поэтому доза распределялась неравномерно. У Луны поясов Ван Аллена нет, зато сильнее галактическое излучение. Его энергии так велики, что частицы проходят сквозь всё тело, оставляя лишь часть энергии. Поэтому распределение дозы внутри манекенов в "Артемиде-1" было практически равномерным.

"Низкоэнергетические протоны, захваченные магнитным полем Земли, могут давать основную часть дозы для астронавтов на низкой околоземной орбите. Вблизи Луны этот вклад исчезает. Наши измерения показывают: хотя суммарные дозы у Луны выше из-за галактического излучения, разница не так велика, как можно было бы интуитивно ожидать", - отмечает Бильский.

Детекторы выращивали методом Чохральского - способом получения кристаллов из расплава. Их главные плюсы - размер порядка миллиметров, а не сантиметров, лучшее разрешение следов и широкий диапазон частиц и энергий. Детекторы, обогащённые литием-6, могут фиксировать и дозы нейтронов.

Это предварительные оценки, полученные в беспилотном облёте. Они не доказывают, что радиационная обстановка у Луны безопасна или опасна для будущих экипажей, а лишь уточняют ожидаемые дозы.

Источник: Phys.org