Sett i mitten av bilden, den snabba neutronspektrometern hjälper till att exakt upptäcka neutroner i rymden. Neutronerna är potentiellt skadliga för människor. Kredit:NASA
En av de viktigaste hälsoproblemen med att bo och arbeta i rymden är den långvariga exponeringen för höga nivåer av strålning. NASA-forskare har utvecklat en ny enhet för att övervaka strålningsexponering för neutroner och testar den på den internationella rymdstationen.
Lanserades på det femte Orbital ATK återförsörjningsuppdraget till stationen, Fast Neutron Spectrometer är designad för att detektera och mäta neutroners energi, som är kända för att vara särskilt skadliga för människor. Att förstå neutronstrålningen kommer att hjälpa till att hålla besättningarna säkra när NASA skickar människor till Mars.
"Det finns flera typer av strålning i rymden, sade Mark Christl, teamledare för studien vid NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama. "Medan det redan finns avancerade instrument för att upptäcka gammastrålar som produceras av supernovor eller svarta hål, röntgenstrålar och andra laddade partiklar, vi behövde ett sätt att upptäcka och mäta neutronstrålning för att kvantifiera påverkan på människans biologi. Neutrondetekteringstekniker har inte sett samma steg i tekniska framsteg."
Neutronstrålning skapas när högenergipartiklarna från vår sol och utanför vårt solsystem interagerar med andra partiklar eller materia, såsom ett rymdskepp eller en planetyta. Men dessa neutroner är bara livskraftiga i cirka 13 minuter innan de sönderfaller till laddade partiklar.
De små glasscintillatorfibrerna som kan hjälpa till att göra detta till en mer effektiv neutrondetektor. När det används i rymden, den kommer att registrera rymdresenärers exponering för inkommande kosmisk strålning. Kredit:NASA
"Om de är mer än 13 minuter ifrån dig, det är egentligen inget problem, " sa Christl. "Om du är i en kapsel eller på en planets yta med lite eller inget magnetfält eller atmosfär, du kan potentiellt vara täckt av ett neutronfält."
Den snabba neutronspektrometern är huvudsakligen ett passivt verktyg, väntar på att neutroner ska träffa den. Den består av ett aluminiumhölje med en plastscintillator som saktar ner neutronen när den träffar enheten, och glasscintillatorfibrer som absorberar neutronerna och återutsänder energin i form av ljus. Denna avancerade version ger två distinkta signaler för mätning - den första för att mäta dess energi och den andra för att bekräfta att en neutron upptäcktes snarare än en annan sorts partikel. Standarden, enheter helt i plast kan inte tydligt bestämma skillnaderna mellan dessa signaler.
"Detektorer för andra strålningstyper används redan i många industrier, " sa Christl. "De används i partikelacceleratorer för vetenskaplig forskning, oljeindustrin eller det medicinska området för att mäta strålningsexponering. Forskare har arbetat med anmärkningsvärda framsteg inom dessa detektorer, men neutronstrålningsdetektorer har inte fått den sortens uppmärksamhet. På NASA, vi såg detta som en möjlighet att ta itu med ett problem som våra astronauter kommer att ha när de åker på längre resor i vårt solsystem."
NASA-astronaut Shane Kimbrough installerade enheten på rymdstationen den 2 december, 2016. Sedan dess, den har flyttats till olika platser runt det inre av stationen och den finns för närvarande i Nod 1-modulen. Den snabba neutronspektrometern kommer att övervaka neutroner i sex månader, skicka data för eventuella neutronangrepp till en bärbar dator på stationen. Denna data kommer att laddas ner dagligen för bearbetning och analys av teamet på Marshall.
Teamet av forskare och ingenjörer som designade och byggde den snabba neutronspektrometern vid NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, samlas runt sin enhet innan den skickas till bearbetningsanläggningen i Houston för lansering. Kredit:NASA/Fred Deaton
Enheten testades och kalibrerades vid partikelacceleratorer och genom att använda andra radioaktiva källor på jorden. Om tekniken är verifierad, Christl hoppas att den kan användas på framtida uppdrag för att avgöra när - och hur mycket - neutronerna bidrar till strålningen som absorberas av en besättning rymdresenärer. Även om rymdstationens strålningsmiljö inte anses vara "djupa rymden, "spektrometern är en ny funktion redo för validering i en rymdmiljö.
Projektet är ett samarbete inom myndigheten. Ett team vid NASAs Langley Research Center i Hampton, Virginia, undersöker vilka åtgärder besättningsmedlemmar kan vidta om de får en varning om en kommande våg av strålning från ett solutbrott, köra simuleringar och komma på sätt att ordna om innehållet i en rymdfarkost för att öka avskärmningen. Ett annat team vid NASA:s Johnson Space Center i Houston går framåt med upptäckten av laddade partiklar.
"Det finns ett allvarligt behov av att övervaka stråldosen som besättningen får, ", sa Christl. "Vi använder olika tekniker för laddade partiklar och neutroner och vi måste veta dosen från båda för att veta hur mycket strålning astronauterna får. Dessa strålningsdetektorer kan tvinga uppdrag att ändras mitt i strömmen, men det kommer att hjälpa till att hålla våra astronauter säkra."
