Сенсационный отчет о миссии Artemis I: пролет сквозь глубокий космос опроверг старые опасения физиков

Кристалл фторида лития, извлечённый из одного из манекенов корабля Orion, хранит в своей структуре тысячи микроскопических шрамов. При облучении синим светом эти дефекты начинают слабо светиться красным, позволяя увидеть путь каждого отдельного космического протона или ядра, прошедшего через тело манекена в ноябре и декабре 2022 года. Эти записи — не просто архивные данные, а ключ к ответу на вопрос, который годами оставался спорным для физиков космических лучей: насколько опасна среда за пределами магнитного поля Земли, если убрать из расчёта низкоразмерные частицы поясов Ван Аллена?

Сюрприз, который принесли данные миссии Artemis I, заключался не в рекордной опасности, а в её умеренности. Измерения показали, что доза облучения на орбите Луны лишь умеренно превышает уровень в околоземном пространстве. Это противоречит интуитивному ожиданию, что потеря защиты магнитосферы Земли приведёт к резкому скачу радиационной нагрузки. Профессор Павел Бильски из Института ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN) в Кракове, соавтор работы, опубликованной в журнале Radiation Measurements, поясняет механику этого явления: в околоземной орбите значительная часть дозы приходится на низкоразмерные протоны, захваченные в поясах Ван Аллена. Вблизи Луны этот вклад исчезает. На смену приходят частицы галактических космических лучей, обладающие колоссальной энергией. Они способны проходить через всё тело, отдавая лишь малую часть своей энергии по пути. В результате, хотя общий уровень излучения в лунной зоне выше, разница не столь драматична, как могло бы казаться на первый взгляд. Чтобы зафиксировать эти прохождения, в манекенах использовали экспериментальные детекторы на основе фторида лития (LiF), разработанные в Кракове. В отличие от стандартных пластиковых пластин, которые требуют химического травления для проявления треков, LiF работает по принципу, близкому к фотографической плёнке, но с важным отличием в методе считывания. Ионизирующая частица, пролетая через кристаллическую решётку, вышибает электроны и создаёт точечные дефекты — так называемые цветовые центры. В лаборатории эти центры активируются синим светом, излучая красное свечение, которое регистрируется флуоресцентным микроскопом. Здесь возникает физическая сложность, которую пришлось преодолеть инженерам и физикам. Трек в объёмном кристалле — это не просто линия на поверхности. Микроскоп фокусируется на сегменте толщиной около одного микрона, но камера улавливает также размытое свечение от соседних слоёв. Это дополнительное фоновое излучение искажает оценку интенсивности флуоресценции, которая служит основным показателем плотности ионизации — того, насколько плотно частица выбивает электроны из атомов. Кроме того, форма трека несёт информацию о характере частицы. Высокоионизирующие частицы оставляют непрерывные, чёткие линии, тогда как слабоионизирующие могут формировать цепочки отдельных точек. Это требует от алгоритмов обработки изображений не просто поиска линий, а сложной коррекции формы и интенсивности. Команда из IFJ PAN разработала специальное программное обеспечение, которое фильтрует этот фон и калибрует сигнал. Результатом стало то, что погрешность измерений не превысила 15% по сравнению с данными стандартных детекторов в области перекрывающихся значений энергий. Главное достоинство метода, подтверждённого в ходе Artemis I, заключается в его чувствительности к низкоэнергетическим событиям. Исследователи зафиксировали множество треков частиц, энергия которых была ниже порога обнаружения для ранее используемых технологий. Это означает, что картина радиационного воздействия в глубоком космосе была неполной: значительная часть низкоэнергетического фона оставалась за пределами зрения старших инструментов. Кристаллы LiF, выращенные методом Чохральского, имеют размеры в миллиметры, что делает их пригодными для ношения человеком. Они способны…

Источник: pravda.ru — www.pravda.ru/news/science/2433291-artemis-radiation-lithium-crystals-results/