Pille

A világűr mint sugárveszélyes munkahely

Az űrhajósokat repülésük során folyamatosan éri a galaxisunkból és a Napból érkező nagyenergiás, főként protonokból és nehezebb ionokból álló sugárzás. Ez jelentős egészségügyi kockázatot jelent, különösképpen a jövő bolygóközi utazásai során, amikor az űrhajósok elhagyják a Föld mágneses terének védelmét. A kozmikus sugárzás a sejtek vízmolekuláit ionizálva szabad gyököket hoz létre, emellett közvetlenül károsíthatja a DNS-spirált. Hatására megnő a rosszindulatú daganatok kialakulásának esélye, emellett számos egyéb, a küldetést veszélyeztető hatás is jelentkezhet. Az utóbbi évek kutatásai alapján károsodhat a központi idegrendszer, aminek következtében az űrhajósok kognitív képességei (pl. megfigyelőképesség, emlékezet, gondolkodási funkciók) jelentős mértékben romolhatnak, szélsőséges esetben pedig az űrhajósok akár agresszívvá is válhatnak.

Az űrhajók, űrállomások fedélzetén az űrhajósokat folyamatosan érő ionizáló sugárzás a Föld felszínén mért, természetes eredetű háttérsugárzás intenzitásánál több mint két nagyságrenddel is nagyobb lehet, időben és helytől függően is jelentős mértékben változhat.

A legismertebb magyar űrműszer

Az űrhajósokat érő ionizáló sugárzás dózisát (fizikai, illetve biológiai károsító hatását) folyamatosan nyomon kell követni. Ennek a nagyon összetett hatásnak a mérésére számos technikai megoldás létezik; a magyar fejlesztésű Pillénél ezek egyikét, a termolumineszcens dózismérést használják. A termolumineszcens (TL) tulajdonsággal rendelkező kristályos anyagok szerkezetükben az őket érő ionizáló sugárzás által keltett dózissal arányos energiát raktároznak el. Ez az energiamennyiség később, a kristályt több 100 Celsius-fokra felfűtve, fény formájában felszabadul. A fény mennyiségét megmérve lehet a detektorban elnyelt dózisra következtetni. Ezt a folyamatot kiolvasásnak nevezzük. A kiolvasás során a detektorokban tárolt dózisinformáció törlődik, így a detektorok újra felhasználhatók.

Az 1970-es évek végén – Farkas Bertalan űrhajós tudományos programja számára – az akkori Központi Fizikai Kutatóintézet (KFKI) kutatói és mérnökei egy olyan, a világon mind a mai napig egyedülálló berendezést fejlesztettek, amelynek segítségével TL detektorok űreszközök fedélzeten történő kiértékelésére nyílik lehetőség. Így az űrhajósokat érő sugárzás dózisát nem csak utólag, a Földön, a teljes küldetésre vonatkozóan lehet meghatározni, hanem a rövid időn belüli változások vizsgálata, az űrséták okozta többlet-dózisterhelés mérése és az űrállomás dózistérképezése (az annak egyes helyein jelentkező dózisterhelés összehasonlítása) is lehetséges.

A földi, laboratóriumi TL kiolvasókhoz képest a Pille fejlesztése közel 20-30-szoros térfogat-, tömeg- és fogyasztáscsökkentést követelt, valamint azt, hogy a műszer megfeleljen a felbocsátás és a világűrben való üzemelés szigorú követelményeinek (gyorsulás, rázkódás, termikus környezet, elektromágneses zavarok stb.).

A Pille rendszer felépítése

A dózismérő rendszer tetszőleges számú passzív (energiaellátást nem igénylő) dózismérőből és egy körülbelül 1 liter térfogatú és 1 kilogramm tömegű kiolvasóberendezésből áll. Műszaki megoldásként ún. búradózismérők készültek; ezeknél minden egyes dózismérő (érzékelő) egy belül vákuumra szívott átlátszó üvegbúra, melyben a TL kristályok kis fűtőlapkára vannak ragasztva. Az üvegbúrákat a könnyű kezelhetőség érdekében tollszerű foglaltba, ún. kulcsba szerelik. Kiolvasásnál az űrhajós a kulcsot a kiolvasó készülékbe helyezi. A kulcs elfordítását követően automatikusan megtörténik a kristályszemcsék felfűtése, a berendezés megméri az általuk kibocsátott igen kis fénymennyiséget, majd átszámítja dózisra, ami azután a kijelzőről leolvasható. A mérési adatokat a rendszer emellett memóriakártyára is elmenti.

A Pille története dióhéjban

Farkas Bertalan és Valerij Kubaszov 1980. május 26-án indult el a világűrbe a Szojuz–36 űrhajó fedélzetén, hogy csatlakozzon a Szaljut–6 űrállomáshoz. A magyar űrhajós gazdag tudományos kísérletcsomaggal érkezett a Föld körül keringő laboratóriumba. Ezek egyike volt a Pille rendszer, amely megalapozta Magyarország szerepét az elkövetkező évtizedek nemzetközi együttműködésben megvalósuló űrdozimetriai célú kutatásaiban.

A Farkas Bertalan által felvitt Pille rendszert többször is továbbfejlesztették, a legutóbbi, negyedik generációs, mikroprocesszor-vezérlésű változat napjainkban a Nemzetközi Űrállomás (International Space Station, ISS) fedélzetén az űrállomás orosz szegmense szolgálati dozimetriai rendszerének része. A kísérleti berendezésekhez képest ez fokozott megbízhatóságot követel. A Pille rendszer 2003 óta folyamatosan üzemel az ISS-en, és várhatóan annak élettartama végéig szolgálni fogja az űrhajósokat. Űrséták alkalmával pedig nemcsak az oroszok, hanem a többi nemzet űrhajósai is használják az őket ért többletsugárzás dózisának a mérésére. A Pille rendszer Magyarország hozzájárulása a Nemzetközi Űrállomáshoz.

A Pille emellett a világon a legismertebb magyar űrműszer, számos űrhajón és űrállomáson végeztek vele méréseket. Repült a Szaljut–6, a Szaljut–7, a Mir űrállomás és az ISS, valamint a Challenger űrrepülőgép fedélzetén is. Történelmi különlegesség, hogy 1986-ban – néhány egyéb berendezés mellett – a Pillét is átszállították a Szaljut–7 űrállomásról az akkoriban újonnan épült űrállomásra, a Mirre.

A Pillét időről időre kísérleti célú vizsgálatokra is használják. Méréseket végeztek vele az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) az űrállomás belsejében elhelyezett antropomorf (emberszerű) fantomján. Az úgynevezett vízfüggönykísérletben a Pillével is mérték a fedélzeten tárolt nedves higiéniai kendők és törülközők sugárzásárnyékoló hatását. Az eredmények azt mutatták, hogy a vízfüggöny akár negyedével is csökkentheti az űrhajósok sugárterhelését az árnyékolt térben.

Charles Simonyi magyar származású űrturista a Pillével számos olyan mérést hajtott végre, amelyet a hivatásos űrhajósok idő hiányában nem tudtak elvégezni.

A Pille különböző változatai (összesen 8 dózismérő rendszer) 1980 és 2019 között együttesen több mint 25 évet szolgáltak a világűrben. Gyártásuk szinte már sorozatgyártásnak tekinthető.

A Pille berendezés földi változataival a földi sugárveszélyes munkahelyeken vagy azok környezetében, pl. a Paksi Atomerőműben végeznek méréseket.

Hirn Attila

---

Hol fejlesztették a Pillét?

A Pillét az 1970-es évek végén, az akkori MTA Központi Fizikai Kutatóintézet (KFKI) Sugárvédelmi Főosztályának kutatói és mérnökei fejlesztették ki.

A résztvevők nevei:

Az első Pille fejlesztésének vezetője: Fehér István

Mechanikai tervezés: Csőke Antal – Csőke Antalné, minták kivitelezése: Tonelli Miklós

Elektronikus tervezés: Szabó Béla, Vágvölgyi Jenő, szerelés: Takács Márton

Kilövődoboz fejlesztés: Ránky Miklós, Endrőczi Gábor

Doziméter fejlesztés: Fehér István, Fehér Istvánné, Boksay Zoltán (speciális üveg), Kása Imre (TLD anyag), Magyar László (TLD tokozás)

Műszer/doziméter bemérés: Szabó Péter Pál, Dobrocsi Lászlóné

Műszer gyártás: Szentes Ferenc, Csikós József, Rigó László, alkatrész gyártók, festők, anyagbeszerzők …

Műszer fejlesztés és gyártás koordináció: Deme Sándor

Partner a moszkvai Orvosbiológiai Problémák Intézetében: Akatov Jurij

…és még sokan mások

A mikroprocesszoros Pille fejlesztésének vezetője: Apáthy István

Analóg elektronika kidolgozója: Apáthy István
A mikroprocesszoros rész fejlesztője: Bodnár László (BL-Electronics)
Gépész tervező: Csőke Antal
Külső (PC) szoftver: Csák Bence, Héjja István, Bodnár László, Pázmándi Tamás
Doziméterek: Fehér István
Bemérések
Deme Sándor, Detréné Németh Ingeborg

Kivitelezés
Mechanika: Rigó László, Csikós József , Mihály László
Elektronika: Cseri Sándor