I en rymdfarkost, för att skydda både besättning och elektronik från strålning, det är obligatoriskt att investera i effektiva strålövervakningssystem. Internationella rymdstationen (ISS), precis som Large Hadron Collider vid CERN, är en komplex strålningsmiljö som kräver skräddarsydda dosimetrienheter. Optisk fiberbaserad teknik kan ge både distribuerade och punktstrålningsdosmätningar med hög precision.

Den 18 augusti, ESA-astronauten Thomas Pesquet aktiverade Lumina-experimentet inne i ISS som en del av ALPHA-uppdraget. Utvecklad under samordning av den franska rymdorganisationen, CNES, och med inblandning av CERN, Laboratoire Hubert Curien vid Université Jean-Monnet-Saint-Étienne, och iXblue, detta projekt använder två flera kilometer långa optiska fibrer som aktiva dosimetrar för att mäta joniserande strålning i ISS med mycket hög känslighet.

Daniel Ricci, ledare för fiberoptiksektionen på ingenjörsavdelningen vid CERN, förklarar:"När den utsätts för den strålande rymdmiljön, de optiska fibrerna upplever en partiell förlust av överförd effekt, som vi kallar strålningsinducerad dämpning." Diego Di Francesca, projektledare för fiberdosimetri i teamet, beskriver i detalj hur dosimetern fungerar:"Med hjälp av en referenskontrollkanal, den strålningsinducerade dämpningen av vissa speciella optiska fibrer kan noggrant mätas och sättas i relation till den totala joniserande dosen. Anordningens känslighet styrs mestadels av fiberns längd. Beroende på dosimeterns design, ju längre optisk fiberdosimeter, desto känsligare är det."

För att förhindra strålningsinducerade skador på elektroniken inuti acceleratorerna, CERN har arbetat med strålningssensorer baserade på optiska fibrer i sex år. Att bygga vidare på denna erfarenhet, CERN har gjort ett tekniskt bidrag till Lumina genom att hjälpa till med den teoretiska analysen av dosimetrarnas optimerade arkitektur och genom att utföra de låg- och högdosbestrålningstest som behövs för att kalibrera instrumentet. När experimentet är helt installerat av Thomas Pesquet, CERN kommer också att bidra till analysen av experimentets mark- och flygdata under dess ett till fem års drift.

"En utmaning för Lumina är att vara tillräckligt känslig för att mäta låga strålningshastighetsvariationer, med tanke på den avskärmning som ISS-skalet tillhandahåller. Kalibreringen utförd vid CERN, på en markreferensmodell, kommer att göra det möjligt för oss att efterbehandla mätningarna och kommer att leda till korrekta resultat, " förklarar Florence Clément, projektledare för Lumina-experimentet på CNES/CADMOS. "Vi är övertygade om att ISS bara är ett första steg för fiberoptiska dosimetrar när vi tar oss längre ut i rymden. När vi rör oss bort från jorden, strålningsnivåerna ökar, och det gör också behovet av tillförlitlig dosövervakning."

Genom att bidra till detta experiment, CERN fortsätter att visa sitt mervärde för rymdsektorn. "Denna gemensamma erfarenhet inom rymden är ett viktigt resultat av ramavtalet för samarbete som upprättades mellan CERN och CNES för några år sedan, med särskilt fokus på strålningsfrågor, " framhäver Enrico Chesta, Aerospace Applications Coordinator i CERNs Knowledge Transfer-grupp. "För att övervaka strålningsskador på elektronik, CERN har utvecklat instrument som även kan användas på satelliter. Inom området för bestrålningstestning, våra unika tekniska anläggningar kan återge en mängd olika miljöer representativa för de mest extrema strålningsutrymmesförhållandena."