Árulkodó becsapódások

Sugárzásmérés az űrben

Az űrbeli sugárzási tér jelentősen különbözik a Föld felszínén levőtől. Főképp nagyenergiás részecskék alkotják: a hidrogéntől a vasig (sőt azon túl is) a periódusos rendszer minden eleme megtalálható benne, eltérő és változó gyakorisággal. Ez sokkal nagyobb intenzitást és dózist (fizikai, illetve biológiai károsító hatást) jelent, mint amihez a Földön alkalmazkodtunk, ezért már az űrkorszak kezdetétől igyekeztek mérni különböző műszerek segítségével.

A dózismérési technika kiválasztása azonban nem egyszerű feladat: sem nagyméretű, sem nagy energiaigényű eszközt nem küldhetünk a világűrbe. Ráadásul még nem létezik olyan univerzális eszköz, amelyik ennek az összetett sugárzási térnek minden komponensét egyaránt mérni tudná. Ezért általában többféle mérőeszközt, detektort használnak.

Ezek egyike a szilárdtest-nyomdetektor, amely képes bizonyos ionizáló sugárzásfajták mérésére és szétválogatására. Előnye, hogy kisméretű és passzív, vagyis energiaellátást nem igényel, viszont csak a Földre visszaérve, laboratóriumban lehet kiértékelni. A küldetés teljes időtartamára vonatkozó eredményeket szolgáltat, az időbeli változás folyamatos regisztrálására nem alkalmas.

Az Energiatudományi Kutatóközpont (korábban MTA EK, azelőtt MTA KFKI AEKI) munkatársai 1975 óta foglalkoznak atomok és atomi részecskék szilárdtest-nyomdetektorral történő vizsgálatával. A nemzetközileg is elismert sikereknek, valamint az Űrdozimetriai Kutatócsoport sokéves Pille programjának eredményeként kaptunk meghívást több nemzetközi űrdozimetriai és kozmikussugárzás-mérési programba.

Nyomdetektorok az űrdozimetriában

Nyomdetektorként viselkedhetnek természetes (kristályok), valamint mesterséges anyagok (üveg vagy műanyag). Két kritériumnak kell eleget tenniük: legyenek elektromosan szigetelők és átlátszók. Elektromosan töltött részecskéket detektáló képességük azon alapul, hogy a részecskék az anyagba történő becsapódáskor pályájuk mentén, energialeadás által roncsolódást hoznak létre, amely időben stabil marad. Ez a részecske „lábnyoma”, amelynek szélessége kb. 10 nanométertől kb. 100 nanométerig, hossza pedig néhány mikrométertől néhány centiméterig terjedhet.

A roncsolt zónában az anyag elveszíti eredeti tulajdonságait, a különféle kémiai behatásokkal szembeni ellenállóképessége lecsökken, megváltozik. Megfelelő vegyszerrel (általában lúggal) az anyag eltávolítható a roncsolt zónából és az azt közvetlenül körülvevő térrészből, ezzel a nyomok felnagyíthatók, továbbá egyszerű optikai mikroszkóppal láthatóvá tehetők.

Az általunk használt detektor vékony műanyag lapka, anyaga polikarbonát (amit pl. szemüveglencsék gyártására is használnak). A keletkező nyomok tulajdonságait befolyásolja a részecske fajtája és energiája. Az 1. ábrán egy ilyen, a Nemzetközi Űrállomáson (International Space Station, ISS) repült nyomdetektorról optikai mikroszkóppal készült felvétel látható. A képen többek között megkülönböztethetjük protonok és alfa-részecskék (p, α) nyomait, kis rendszámú (Z) elemek nyomait (C, O, Si, Fe) és egy nagy rendszámú (Z>26) és energiájú részecske nyomát. A nyomok átmérője a becsapódó részecske rendszámával, hossza pedig az energiájával hozható összefüggésbe.

Űrdozimetriai programok

2001-ben (az ISS első állandó legénységének felbocsátásakor) kapott a csoport meghívást, hogy vegyen részt az ISS-en zajló dozimetriai vizsgálatokban. Azóta számos kísérletsorozatban vettünk részt, a fontosabbak:

• Brados program: a moszkvai Orvosbiológiai Problémák Intézete (Institute of Biomedical Problems, IBMP) szervezésében indult 2001-ben, célja az ISS orosz szegmensének (szervizmodul) dozimetriai feltérképezése volt.
• Biopan / Foton M / Bion M programok: ezekben a detektorok visszatérő műholdak platformjaira voltak elhelyezve. Több esetben csak minimális védelem választotta el a detektorokat a nyílt űrtől.
• Matrjoska program: célja a dóziseloszlás vizsgálata volt egy emberszerű fantom belsejében. A detektorokkal felszerelt fantom több évet töltött az ISS különböző moduljaiban. A program első fázisában űrsétát szimulálva az ISS-en kívül helyezték el, később különböző belső modulokban repült. A mi nyomdetektor-összeállításunkból kettő a fantom belsejébe, a vesébe és tüdőbe, kettő pedig a ruházatára, az ún. poncsó oldalzsebeibe került.
• Az IBMP kérésére több éven át részt vettünk az orosz űrhajósok személyi dozimétereinek összeállításában és kiértékelésében.
• Set of Passive Detectors (SPD) program: 2010 óta veszünk részt benne. Az ISS bővítése, a munkaterület megnövelése szükségessé tette az újabb modulok (Zvezda, Pirsz, MRM2) dozimetriai feltérképezését is.
• BioTrack, későbbi nevén Phoenix program: célja, hogy biológiai minták sugárérzékenységét vizsgálják űrbeli körülmények között, nyomon követve a genetikai állományban bekövetkező változásokat és a túlélési statisztikát. Feladatunk a kísérlet dozimetriai támogatása.
• DOSIS program: 2009-ben indult, majd 2012-ben DOSIS-3D néven folytatódott. Jelenleg is tart, sőt az ISS teljes élettartamára kiterjesztették. Célja a dóziseloszlás vizsgálata a Columbus modul belsejében. A kísérlet kb. féléves fázisokból áll, alkalmanként 11 detektorcsomagot helyeznek el a Columbus különböző pontjain. Ennek a sok ország részvételével folyó programnak az egyik távlati célja egy mindenki által elérhető internetes adatbázis létrehozása, amelyben az ISS-en valaha mért kozmikus sugárzásra vonatkozó adatok szerepelnek.