Американская миссия NASA Artemis I, которая была без экипажа и совершала орбитальный обход Луны в конце 2022 года, позволила получить предварительные данные о том, как космическое радиационное фоновое поле влияет на людей в окололунной среде по сравнению с низкоорбитальным полётом вокруг Земли. Экспериментальные детекторы из кристаллов лития-фторида, встроенные в две манекен-«килимбасы» внутри корабля Orion, зафиксировали радиационные происшествия в ходе путешествия и дали первые представления о различиях между двумя условиями. По данным исследования, эти кристаллы позволяли исследователям не только регистрировать дозу, но и анализировать сами траектории частиц под микроскопом, что важно для понимания типа и энергии проникновения. Источник: блоки 0, 1, 4, 12, 13.

Один из ключевых участников проекта, профессор Павел Бильски из Института ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN) пояснил, что детекторы, основанные на люминесцентном литии-7 в сочетании с техникой анализа «как у фотопленки», являются пассивными: после экспозиции цветные центры требуют оптического исследования под микроскопом для выявления траекторий частиц. Это позволяет понять, какие частицы и как ионизируют материал кристалла. Источник: блок 2.

В рамках проекта MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) в манекенах было размещено несколько десятков экспериментальных детекторов на основе литиевого фторида, включая установки с высоким содержанием изотопа литий-7. Помимо них учёные IFJ PAN предоставили почти 600 термолюминесцентных детекторов, применяющих другой метод измерения радиации. Эти данные дополняют картину воздействия космической радиации в экспедиции Artemis I. Источник: блок 5.

По словам исследователей, одному из главных преимуществ литиевых детекторов является упрощение анализа траекторий по сравнению с традиционными пластиковыми детекторами, которые требуют химической травления. Литиевые кристаллы позволяют непосредственно исследовать траектории под обычной флуоресцентной микроскопией, что упрощает получение изображений частиц. Источник: блок 6.

Однако трактовка полученных данных требует сложной калибровки и анализа, поскольку космическое излучение в реальных условиях непредсказуемо: частицы приходят со всех направлений и обладают различными энергиями и составом. Это приводит к разной форме траекторий и флуоресцентного отклика, который приходится отделять от фона. Группа разработала коррекции и программное обеспечение для устранения фоновых сигналов, что позволило их результатам в целом сопоставиться с данными более устоявшихся детекторных технологий и зафиксировать события, которые раньше не фиксировались. Источник: блоки 9–13.

По итогам Artemis I выяснилось, что близко к Луне радиационные дозы выше, чем в околоземной орбите, но разница не столь значительна, как ожидалось. Достраивая картину, учёные отмечают, что значительную часть доза near-Earth orbit вносили низкоэнергетические протоны, захваченные магнитным полем Земли в радиационных пояслe Ван-Аллена — до Луны эти частицы не достигают. В окололунной среде эта вклад исчезает, однако космические галактические частички с высокой энергией проникают глубоко в тело человека, распределяя дозу более равномерно внутри манекенов. Результаты дают более детальное представление о составе радиационной среды вне орбиты Земли, хотя и сохраняют неопределённость в отдельных числах. Источник: блоки 14–20.

Дополнительные выводы указывают на потенциальные задачи и возможности для будущей защиты астронавтов: детекторы на основе литиевого фторида обладают компактностью, способны регистрировать широкий диапазон частиц и энергий, а также — особенно при обогащении литий-6 — нейтроны. Такая комбинация свойств может облегчить мониторинг радиации во время будущих миссий на дальние расстояния, когда критически важно точно оценивать радиационные риски. Исследование отмечает, что детекторы, созданные на основе этой технологии и применённые в Artemis I, уже демонстрируют перспективу для повышения точности и широты диагностики радиационного окружения за пределами Земли. Источник: блок 22–26.

Работа проекта MARE финансировалась по программе OPUS Национального научного центра Польши (NCN). Результаты переданы в журнал Radiation Measurements и подчёркнуто, что данные по сравнению с прежними методами достигаются благодаря серии коррекций и новых методов анализа. Это свидетельствует о возможности использования литиевых кристаллов в будущих экспедициях для защиты астронавтов и оценки радиационного облучения в реальном времени. Источник: блок 27.