Nagy jövő áll a legmodernebb magyar sugárzásmérő eszköz előtt
Sugárzás monitorozása a világűrben a TRITEL-lel
A repülésük során az űrhajósokat érő ionizáló sugárzás biológiai hatásainak vizsgálatakor a sugárzásból származó elnyelt energia, vagyis a fizikai dózis mellett fontos ismerni a sugárzási tér jellemzőit is. A különböző fajtájú és energiájú részecskék ugyanis útjuk során eltérő mértékben ionizálják az őket körülvevő közeget, esetünkben az űrhajós szerveit, szöveteit alkotó molekulákat. Az egységnyi úthosszon a közegnek nagyobb energiát átadó részecskék nagyobb valószínűséggel okoznak közvetlen vagy közvetett módon sérülést a sejtek örökítőanyagában, ezért nagyobb egészségügyi kockázatot is jelentenek. Az egységnyi úthosszon átadott energiát lineáris energiaátadási tényezőnek, röviden LET-nek nevezzük.
A világűrben a LET mérésére, valamint a részecskék LET-eloszlásának, más néven LET-spektrumának meghatározására jelenleg – a passzív szilárdtest-nyomdetektorok mellett – testszövet-egyenértékű proporcionális számlálót és szilíciumdetektoros részecsketeleszkópot egyaránt használnak. Részecsketeleszkóp – a későbbiekben teleszkóp – alatt olyan, több detektorból álló detektorrendszert értünk, amelyben a töltött részecskén koincidencia- és/vagy antikoincidencia-kapcsolás segítségével több mérést is el lehet végezni, vagyis az előre meghatározott feltételrendszernek megfelelően külön lehet választani azon eseményeket, amelyek során a részecske csak a detektorrendszer adott detektoraiban váltott ki jelet. A legegyszerűbb teleszkóp két megegyező, egymástól adott távolságra elhelyezett detektorból áll. Ha csak a mindkét detektorban egyidejűleg jelet kiváltó eseményeket tekintjük, akkor lehetőség nyílik arra, hogy csak az egy adott térszögből érkező részecskéket vizsgáljuk. A nagyenergiás töltött részecskék az anyagon való áthaladásuk során eredeti pályájukhoz képest csak kismértékben térülnek el. Így a fenti koincidenciafeltétel mellett a detektorban leadott energia és a teleszkóp látószögéhez tartozó átlagos úthossz ismeretében az egységnyi úthosszon átadott energia, vagyis a LET megbecsülhető.
A fenti egytengelyű teleszkópok hátránya, hogy csak a tér kitüntetett irányából érkező részecskék mérésére alkalmasak. A Föld körüli térségben a sugárzási tér nem izotróp, különböző irányokban eltérő lehet az ionizáló sugárzás intenzitása. Ez azt jelenti, hogy a biológiai hatást jellemző dózisegyenértéket a teleszkóp irányától függően a műszer jelentősen alul- vagy felülbecsülheti. A 2000-es évek elején az akkori MTA KFKI Atomenergia Kutatóintézet (AEKI) munkatársai a BL-Electronics Kft.-vel együttműködésben a LET-spektrum mérésére szolgáló, a tér minden irányában közel egyenletes érzékenységű háromtengelyű szilíciumdetektoros teleszkóp (TRITEL) fejlesztésébe fogtak.
A TRITEL rendszer felépítése
A TRITEL műszer számos változata készült el a 2010-es évek első felére. Ezek mindegyike három, egymásra merőleges tengelyű detektorpárból áll. A detektorpárokat egy-egy egymással párhuzamosan elhelyezkedő, 300 µm vastagságú és 222 mm2 aktív felületű szilíciumdetektor alkotja. A detektorok egymástól mért távolsága megközelítőleg megegyezik a detektorok sugarával.
A TRITEL rendszer fejlesztésekor – a fejlesztési idő csökkentése és a mérési eredmények későbbi összehasonlíthatósága érdekében – fontos szempont volt, hogy a különböző küldetésekre (a Nemzetközi Űrállomás [International Space Station, ISS] különböző moduljaira, illetve a műholdakra, ballonokra) tervezett változatok közötti eltérések a lehető legkisebbek legyenek. Ezért a háromtengelyű teleszkópot, valamint a detektorok jelfeldolgozó elektronikai egységeit a csak a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén használt megjelenítő/kezelő egységektől, lényegében az ember-gép interfésztől különválasztottuk. A mérési adatok tárolásáért, az előzetes fedélzeti kiértékelésért, valamint ezen adatok megjelenítéséért az ún. központi egység felelős. A 190 mm × 160 mm × 52 mm-es központi egységhez közvetlenül maximum három detektoregység csatlakoztatható; utóbbiak tartalmazzák a teleszkópot, illetve a hozzá tartozó jelformáló és adatfeldolgozó egységeket; méreteik 148 mm × 83 mm × 80 mm. Amennyiben a központi egységhez egynél több detektoregység csatlakozik, akkor az egyik, a monitorozó egység a küldetés teljes időtartama alatt az űrállomás egy adott pontjában végez méréseket (referenciateleszkópként szolgál), míg a többi detektoregység pozíciója a küldetés során előre meghatározott program szerint változtatható. Ezzel a módszerrel lehetőség nyílik a különböző árnyékolási tulajdonságú helyek dózisviszonyainak összehasonlítására. Összemérés, valamint a mérési adatok későbbi korrekciója céljából a detektoregységekhez bogáncszár segítségével egy-egy passzív detektortömb és Pille TL dózismérő rögzíthető. A passzív detektortömbben elhelyezett szilárdtest-nyomdetektorok az egy adott LET-érték fölötti (≥10 keV/μm) töltött részecskéket regisztrálják, míg a TL detektorok a kis LET-értékű részecskék (<10 keV/μm) által leadott energiát képesek nagy pontossággal megmérni. A műholdakra, illetve űrszondákra tervezett változatok esetében a TRITEL rendszert maga a detektoregység alkotja. A mérési adatokat ekkor a TRITEL közvetlenül az űreszköz fedélzeti adatgyűjtő rendszerére küldi, mely a kapott adatokat a telemetria-rendszer segítségével juttatja el a Földre.
TRITEL-műszerek az égen és a világűrben
A TRITEL első éles bevetésére az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) Rocket and Ballon Experiments for University Students (REXUS/BEXUS) oktatási programja keretében került sor. Egymást követő két évben, 2011-ben és 2012-ben sikerült így méréseket végezni a TRITEL-lel egy magaslégköri ballon fedélzetén, közel 30 km-es tengerszint feletti magasságban, az Északi-sarkkörtől 200 km-re északra. A Kirunától 40 km-re keletre fekvő Esrange űrközpontból indított BEXUS–12 és BEXUS–14 ballonok fedélzetén sikerült kimérni az úgynevezett Pfotzer-maximumot, illetve annak irányfüggését. A Pfotzer-maximum a légkörben a másodlagos részecskék keletkezésének maximumát jelenti.
Az első űrbéli mérésekre 2012 novemberétől kerülhetett sor az Európai Közösség FP6 SURE (ISS: a Unique Research Infrastructure) program keretében az ISS európai Columbus moduljában. A limitált űrhajós idő miatt a TRITEL-SURE központi egységét végül nem látták el érintőképernyős kijelzővel. Az Orosz Tudományos Akadémia moszkvai székhelyű Orvosbiológiai Problémák Intézetével együttműködésben az ISS Zvezda moduljára 2013 márciusában feljuttatott TRITEL eredményeit viszont az űrhajósok havi rendszerességgel leolvassák az érintőképernyős kijelzőről, és jelentik a földi dozimetrikusoknak.
Az ESEO-TRITEL az ESA oktatási programja keretében 2018 decemberében pályára állított ESEO (European Student Earth Orbiter) műhold fedélzetén végez méréseket közel poláris, a Nemzetközi Űrállomáséhoz képest valamelyest magasabb pályán. Az ESEO-TRITEL fejlesztése még 2005 decemberében kezdődött, amikor a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem hallgatói az MTA KFKI AEKI szakmai támogatásával csatlakoztak az SSETI (Student Space Exploration and Technology Initiative) kezdeményezéshez. Az SSETI-ESEO, majd később ESEO műholdprogram többszöri megtorpanás, majd újraindulás után ért révbe.
Hirn Attila
