Visto il centro dell'immagine, lo spettrometro di neutroni veloci aiuterà a rilevare con precisione i neutroni nello spazio. I neutroni sono potenzialmente dannosi per l'uomo. Credito:NASA
Una delle principali preoccupazioni per la salute della vita e del lavoro nello spazio è l'esposizione a lungo termine a livelli elevati di radiazioni. Gli scienziati della NASA hanno sviluppato un nuovo dispositivo per monitorare l'esposizione alle radiazioni dei neutroni e lo stanno testando sulla Stazione Spaziale Internazionale.
Lanciato durante la quinta missione di rifornimento orbitale ATK alla stazione, lo spettrometro a neutroni veloci è progettato per rilevare e misurare l'energia dei neutroni, che sono noti per essere particolarmente dannosi per l'uomo. Comprendere la radiazione di neutroni aiuterà a mantenere gli equipaggi al sicuro quando la NASA invierà gli esseri umani su Marte.
"Ci sono diversi tipi di radiazioni nello spazio, " ha detto Mark Christl, capo del team per lo studio presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, Alabama. "Mentre esistono già strumenti avanzati per rilevare i raggi gamma prodotti da supernove o buchi neri, raggi X e altre particelle cariche, avevamo bisogno di un modo per rilevare e misurare la radiazione di neutroni per quantificare l'impatto sulla biologia umana. Le tecniche di rilevamento dei neutroni non hanno visto lo stesso balzo in avanti nel progresso tecnologico".
La radiazione di neutroni viene creata quando le particelle ad alta energia del nostro sole e al di fuori del nostro sistema solare interagiscono con altre particelle o materia, come un veicolo spaziale o una superficie planetaria. Ma questi neutroni sono vitali solo per circa 13 minuti prima di decadere in particelle cariche.
Le piccole fibre di scintillatore di vetro che possono contribuire a rendere questo rivelatore di neutroni più efficace. Quando viene utilizzato nello spazio, registrerà l'esposizione dei viaggiatori spaziali alla radiazione cosmica in arrivo. Credito:NASA
"Se sono a più di 13 minuti da te, non è proprio un problema, " disse Christl. "Se sei in una capsula o sulla superficie di un pianeta con poco o nessun campo magnetico o atmosfera, puoi potenzialmente essere coperto da un campo di neutroni."
Lo spettrometro a neutroni veloci è principalmente uno strumento passivo, aspettando che i neutroni lo colpiscano. È composto da un alloggiamento in alluminio con uno scintillatore plastico che rallenta il neutrone quando colpisce il dispositivo, e fibre di scintillatore di vetro che assorbono i neutroni e riemettono l'energia sotto forma di luce. Questa versione avanzata fornisce due segnali distinti per la misurazione:il primo per misurare la sua energia e il secondo per confermare che è stato rilevato un neutrone piuttosto che un altro tipo di particella. Lo standard, i dispositivi interamente in plastica non possono determinare chiaramente le differenze tra questi segnali.
"Rivelatori per altri tipi di radiazioni sono già utilizzati in molti settori, " ha detto Christl. "Sono usati negli acceleratori di particelle per la ricerca scientifica, l'industria petrolifera o il campo medico per misurare l'esposizione alle radiazioni. Gli scienziati hanno lavorato su notevoli progressi in questi rivelatori, ma i rivelatori di radiazioni di neutroni non hanno ricevuto quel tipo di attenzione. Alla NASA, abbiamo visto questa come un'opportunità per affrontare un problema che i nostri astronauti avranno mentre intraprenderanno viaggi più lunghi nel nostro sistema solare".
L'astronauta della NASA Shane Kimbrough ha installato il dispositivo sulla stazione spaziale il 2 dicembre. 2016. Da allora, è stato spostato in diverse posizioni all'interno della stazione e attualmente risiede nel modulo Nodo 1. Il Fast Neutron Spectrometer monitorerà i neutroni per sei mesi, inviare i dati per qualsiasi urto di neutroni a un computer portatile sulla stazione. Questi dati verranno scaricati giornalmente per essere elaborati e analizzati dal team di Marshall.
Il team di scienziati e ingegneri che ha progettato e costruito il Fast Neutron Spectrometer presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, Alabama, si radunano intorno al loro dispositivo prima che venga spedito alla struttura di elaborazione a Houston per il lancio. Credito:NASA/Fred Deaton
Il dispositivo è stato testato e calibrato su acceleratori di particelle e utilizzando altre sorgenti radioattive sulla Terra. Se la tecnica è verificata, Christl spera che possa essere usato in future missioni per determinare quando - e quanto - i neutroni stanno contribuendo alla radiazione assorbita da un equipaggio di viaggiatori spaziali. Anche se l'ambiente di radiazione della stazione spaziale non è considerato "spazio profondo, "lo spettrometro è una nuova capacità pronta per la convalida in un ambiente spaziale.
Il progetto è uno sforzo di collaborazione all'interno dell'agenzia. Un team del Langley Research Center della NASA a Hampton, Virginia, sta esaminando le azioni che i membri dell'equipaggio potrebbero intraprendere se ricevono un avviso di un'ondata di radiazioni in arrivo da un'eruzione solare, eseguire simulazioni e trovare modi per riorganizzare i contenuti di un veicolo spaziale per aumentare la schermatura. Un altro team del Johnson Space Center della NASA a Houston sta portando avanti il rilevamento delle particelle cariche.
"C'è un serio bisogno di monitorare la dose di radiazioni che l'equipaggio riceve, Christl ha detto. "Usiamo tecniche diverse per particelle cariche e neutroni e avremo bisogno di conoscere la dose di entrambi per sapere quanta radiazione stanno ricevendo gli astronauti. Questi rilevatori di radiazioni possono costringere le missioni a cambiare a metà strada, ma aiuterà a mantenere i nostri astronauti al sicuro".
