在空间生活和工作的主要健康问题之一是长期接触高水平辐射。美国国家航空航天局的科学家开发了一种新设备,用于监测中子辐射,并正在国际空间站上进行测试。
Fast Neutron Spectrometer是在执行第五次轨道ATK补给任务时发射到空间站的,其目的是检测和测量中子的能量,众所周知,中子对人类特别有害。了解中子辐射将有助于美国宇航局将人类送上火星时确保宇航员的安全。
“有多种类型的辐射空间位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心的研究团队负责人马克·克里斯特尔说。“虽然已经有先进的仪器来探测超新星或黑洞产生的伽马射线,x射线和其他带电的射线粒子在美国,我们需要一种方法来检测和测量中子辐射,以量化其对人类生物学的影响。中子探测技术没有出现同样的技术进步飞跃。”
当来自太阳和太阳系外的高能粒子与其他粒子或物质(如航天器或行星表面)相互作用时,就会产生中子辐射。但这些中子在衰变为带电粒子之前只能存活约13分钟。
“如果他们离你的距离超过13分钟,这真的不是问题,”克里斯特尔说。“如果你在一个胶囊里,或者在一个几乎没有磁场或大气的星球表面,你可能会被中子场覆盖。”
快中子光谱仪主要是一个被动的工具,等待中子撞击它。它由一个铝外壳和一个塑料闪烁体组成,塑料闪烁体可以使击中设备的中子减速,玻璃闪烁体纤维可以吸收中子并以光的形式重新发射能量。这种先进的版本提供了两种不同的测量信号——第一种是测量其能量,第二种是确认探测到的是中子而不是另一种粒子。标准的全塑料设备不能清楚地确定这些信号之间的差异。
Christl说:“其他辐射类型的探测器已经在许多行业中使用。”“它们被用于科学研究的粒子加速器、石油工业或医疗领域的测量辐射暴露.科学家们一直致力于这些探测器的显著进步,但中子辐射探测器还没有得到这样的关注。在NASA,我们认为这是一个机会,可以解决我们的宇航员在太阳系中进行更长的旅程时将面临的问题。”
2016年12月2日,美国宇航局宇航员Shane Kimbrough在空间站上安装了该设备。此后,它被转移到空间站内部的不同位置,目前驻留在“节点1”模块中。快中子光谱仪将在六个月内监测中子,将任何中子撞击的数据发送到空间站的笔记本电脑。这些数据将每天被下载下来,供马歇尔研究小组进行处理和分析。
该装置在粒子加速器和地球上的其他放射源上进行了测试和校准。如果这项技术得到验证,克里斯特尔希望它能用于未来的任务,以确定中子在什么时候——以及多大程度上——对宇航员吸收的辐射有贡献。即使空间站美国的辐射环境不被认为是“深空”,光谱仪是一种准备在空间环境中验证的新能力。
该项目是该机构内部合作的成果。位于弗吉尼亚州汉普顿的美国国家航空航天局兰利研究中心(Langley Research Center)的一个研究小组正在研究,如果宇航员收到来自太阳爆发的辐射波即将到来的警告,他们可能会采取什么行动,他们正在进行模拟,并想办法重新安排航天器内的内容,以增加屏蔽。位于休斯顿的美国宇航局约翰逊航天中心的另一个团队正在推进带电粒子的探测。
他说:“我们迫切需要监督辐射剂量克里斯托尔说。“我们使用不同的技术来检测带电粒子和中子,我们需要知道两者的剂量,才能知道宇航员接受了多少辐射。这些辐射探测器可能会迫使任务中途改变,但它将有助于保护我们的宇航员的安全。”
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