Fantomok a Hold körül

Magyar dózismérők a NASA új Hold-küldetésében

Ahogyan az Apollo-küldetések űrhajósai, úgy a jövő bolygóközi utazói is elhagyják a Föld mágneses védelmét, így védtelenebbek lesznek a kozmikus sugárzással szemben, mint napjaink űrhajósai a Föld körül keringő űrhajók és űrállomások fedélzetén. Emellett az űrhajósok az útjuk során – még ha csak rövid ideig is – áthaladnak a Földet körbevevő sugárzási öveken. A Nemzetközi Űrállomáson (International Space Station, ISS) rendszeresek a dozimetriai, azaz a sugárzás intenzitását, illetve annak emberekre gyakorolt hatását nyomon követő mérések. Jó példa erre a hazai fejlesztésű Pille szolgálati rendszer, valamint a TRITEL és a különféle passzív, azaz tápellátást nem igénylő sugárzásmérő detektorok.

Az űreszközök fedélzetén kialakuló sugárzási tér jellemzői mellett fontos ismerni az emberi szervezeten belül, pontosabban a bőrfelszín alatt különböző mélységekben elhelyezkedő és az ionizáló sugárzással szemben eltérő érzékenységű szervekben kialakuló sugárzási teret is. Az űrhajósok a dózismérőket nem nyelhetik le, és jelenleg nem áll rendelkezésre olyan detektor, amellyel közvetlenül az űrhajósok szerveiben mérhetnénk a sugárzás dózisát. Ezért a kutatók olyan, az emberi testet helyettesítő fantomokat, azaz bábukat használnak, amelyekbe a detektorok tetszőleges pozíciókba elhelyezhetők, és könnyen cserélhetők.

Az első ilyenfajta mérésekre 1989–90 között került sor a NASA és az amerikai védelmi minisztérium közös projektjében. Erre a célra akkor még preparált emberi koponyát használtak. Az agyszövetet szimuláló műanyaggal és különféle detektorokkal megtöltött fejfantommal az STS–28 és STS–36 űrrepülőgépes küldetések során kis pályamagasságú (300, illetve 200 km) és viszonylag nagy hajlásszögű (57, illetve 62 fokos) pályán végeztek méréseket. Ezzel szemben az STS–31 küldetés során 600 km magasan, 29 fokos hajlásszögű pályán mértek. Ez utóbbi küldetés során juttatták fel a Hubble-űrtávcsövet is.

Az első, végtagok nélküli torzófantommal, becenevén Freddel 1998 júniusában az STS–91 Discovery fedélzetén végeztek közel tíznapos mérést. Ugyan az oroszok vízzel töltött gömbfantomokkal a Mir és az ISS fedélzetén számos hosszabb időtartamú mérést is végeztek. Az igazi áttörést a Matrjoska fantommal végzett kísérletsorozatok hozták, amelyek során a dóziseloszlást egy űrhajósokat szimuláló, emberszerű fantom belsejében vizsgálták. A lágy szöveteket és a tüdőt testszövet-ekvivalens, kis sűrűségű poliuretán helyettesítette, a csontok helyére valódi emberi csontokat helyeztek. A fantomot szeletekből rakták össze, hogy a detektorok könnyen cserélhetők legyenek. A Nemzetközi Űrállomás Zvezda moduljának külső platformján, illetve az ISS moduljainak belsejében 2004–11 között végzett kísérletsorozatokban a magyar kutatók termolumineszcens detektorokkal és nyomdetektorokkal vettek részt.

Az Apollo-küldetésekről meglehetősen kevés és mai szemmel kezdetleges dozimetriai mérés áll rendelkezésre. Így a NASA Artemis–1 névre keresztelt, az új Orion űrhajó első, egyelőre emberek nélkül végzett Hold körüli próbarepülésén a dozimetriai vizsgálatoknak is fontos szerep jut. A Matrjoska-kísérletsorozatban, valamint az európai Columbus modul dózistérképezésére 2009-ben indult DOSIS (2012-től DOSIS–3D) programban való sikeres részvételnek köszönhetően az Energiatudományi Kutatóközpont (EK) munkatársai meghívást kaptak a MARE (MATROSHKA AstroRad Radiation Experiment) kísérletben való részvételre, amit a Német Repülési és Űrkutatási Központ (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR) és az Izraeli Űrügynökség (Israel Space Agency, ISA) javasolt a NASA Artemis–1 (korábban Orion EM–1) küldetéséhez.

A MARE kísérletben az Orion űrhajó egy-egy ülésében antropomorf, azaz emberszerű női fantomokat – nevük Helga és Zohar – helyeznek el. A földi gyakorlatban Helgához és Zoharhoz hasonló fantomokat használnak kórházakban rosszindulatú daganatok sugárterápiás kezelésének tervezéséhez. A végtagok nélküli fantomok emberi csontvázra épülő, szövetekvivalens anyagból készülnek, 38-38 szeletből állnak, és a Matrjoska-kísérlethez hasonlóan a felszínükre és a belsejükbe telepített passzív és aktív dózismérőkkel szerelik fel őket. Így mérhetők lesznek a bőrfelszínen és a belső szervek (szem, pajzsmirigy, tüdő, gyomor, máj, vese, anyaméh stb.) helyén kialakuló dózisok, valamint a dóziseloszlás a fantomok belsejében. Az egyik fantom, Zohar az izraeli StemRad cég által fejlesztett AstroRad sugárvédelmi mellényt fogja viselni, amely a felsőtestét és méhét fogja védeni, így annak árnyékolási képességeit éles küldetésben is vizsgálhatják.

A kísérlet több ország (Egyesült Államok, Németország, Ausztria, Lengyelország, Magyarország, Csehország, Belgium, Japán) részvételével folyik. Az EK által összeállított passzív, vagyis energiaellátást nem igénylő detektorcsomagokban kétféle anyagot használnak. Az ún. szilárdtest-nyomdetektorok képesek a nagyobb energialeadású részecskék regisztrálására, míg az ún. termolumineszcens detektorok a kisebb energialeadású részecskéket és az egyéb sugárzásokat detektálják. Ezeket a detektorokat a küldetés végén, a földi laboratóriumba való visszaérkezés után lehet kiértékelni, az általuk mért dózisértékeket is csak ekkor lehet majd meghatározni. A MARE kísérlettel a NASA fő célja, hogy az űrhajósok minél biztonságosabb körülmények között vághassanak neki a mély űr felfedezésének (például a jövőbeli Mars-utazás során), amihez ezúttal magyar kutatók is hozzájárulhatnak.

Hirn Attila