In una navicella spaziale, al fine di proteggere sia l'equipaggio che l'elettronica dalle radiazioni, è obbligatorio investire in efficaci sistemi di monitoraggio delle radiazioni. La Stazione Spaziale Internazionale (ISS), proprio come il Large Hadron Collider del CERN, è un ambiente di radiazione complesso che richiede dispositivi di dosimetria su misura. Le tecnologie basate su fibra ottica possono fornire misurazioni della dose di radiazioni sia distribuite che puntiformi con elevata precisione.

Il 18 agosto, L'astronauta dell'ESA Thomas Pesquet ha attivato l'esperimento Lumina all'interno della ISS come parte della missione ALPHA. Sviluppato sotto il coordinamento dell'Agenzia spaziale francese, CNES, e con il coinvolgimento del CERN, il Laboratoire Hubert Curien presso l'Université Jean-Monnet-Saint-Étienne, e iXblue, questo progetto utilizza due fibre ottiche lunghe diversi chilometri come dosimetri attivi per misurare le radiazioni ionizzanti nell'ISS con una sensibilità molto elevata.

Daniele Ricci, capo della sezione Fibre Ottiche del dipartimento di Ingegneria del CERN, spiega:"Quando esposto all'ambiente radiativo spaziale, le fibre ottiche subiscono una parziale perdita di potenza trasmessa, che chiamiamo attenuazione indotta da radiazioni." Diego Di Francesca, capo progetto fibra-dosimetria nel team, descrive in dettaglio come funziona il dosimetro:"Utilizzando un canale di controllo di riferimento, l'attenuazione indotta dalla radiazione di alcune speciali fibre ottiche può essere accuratamente misurata e messa in relazione con la dose ionizzante totale. La sensibilità del dispositivo è principalmente determinata dalla lunghezza della fibra. A seconda del design del dosimetro, più lungo è il dosimetro a fibra ottica, più è sensibile".

Al fine di prevenire danni indotti dalle radiazioni all'elettronica all'interno degli acceleratori, Il CERN lavora da sei anni con sensori di radiazione basati su fibre ottiche. Basandosi su questa esperienza, Il CERN ha dato un contributo tecnico a Lumina aiutando con l'analisi teorica dell'architettura ottimizzata dei dosimetri ed eseguendo i test di irraggiamento a bassa e alta dose necessari per calibrare lo strumento. Una volta che l'esperimento è stato completamente installato da Thomas Pesquet, Il CERN contribuirà anche all'analisi dei dati di terra e di volo dell'esperimento durante i suoi da uno a cinque anni di attività.

"Una sfida di Lumina è quella di essere abbastanza sensibile da misurare le variazioni di bassa velocità di radiazione, considerando la schermatura fornita dal guscio della ISS. La calibrazione eseguita al CERN, su un modello di riferimento a terra, ci consentirà di post-elaborare le misurazioni e porterà a risultati accurati, " spiega Florence Clément, project manager dell'esperimento Lumina al CNES/CADMOS. "Siamo convinti che l'ISS sia solo un primo passo per i dosimetri in fibra ottica mentre ci avventuriamo ulteriormente nello spazio. Mentre ci allontaniamo dalla Terra, i livelli di radiazione aumentano, e così anche la necessità di un monitoraggio affidabile della dose".

Contribuendo a questo esperimento, Il CERN continua a dimostrare il suo valore aggiunto per il settore spaziale. "Questa esperienza congiunta nello spazio è un importante risultato dell'accordo quadro di collaborazione stabilito tra CERN e CNES alcuni anni fa, con particolare attenzione alle questioni relative alle radiazioni, " evidenzia Enrico Chesta, Coordinatore delle applicazioni aerospaziali nel gruppo Knowledge Transfer del CERN. "Per monitorare i danni da radiazioni all'elettronica, Il CERN ha sviluppato strumenti che possono essere utilizzati anche sui satelliti. Nel campo dei test di irradiazione, le nostre strutture tecniche uniche sono in grado di riprodurre una varietà di ambienti rappresentativi delle condizioni spaziali di radiazioni più estreme".