I ricercatori del MIPT hanno sviluppato un prototipo di rivelatore di particelle solari. Il dispositivo è in grado di captare protoni a energie cinetiche comprese tra 10 e 100 megaelettronvolt, ed elettroni a 1 ^-10 MeV. Questo copre la maggior parte del flusso di particelle ad alta energia proveniente dal Sole. Il nuovo rilevatore può migliorare la protezione dalle radiazioni per astronauti e astronavi, oltre a far progredire la nostra comprensione dei brillamenti solari. I risultati della ricerca sono riportati nel Journal of Instrumentation .

Quando l'energia viene convertita da una forma all'altra nelle regioni attive dell'atmosfera solare, flussi di particelle, o raggi cosmici, nascono con energie all'incirca comprese tra 0,01-1, 000 MeV. La maggior parte di queste particelle sono elettroni e protoni, ma si osservano anche nuclei da elio a ferro, anche se in numero molto inferiore.

L'attuale consenso è che il flusso di particelle ha due componenti principali. Primo, ci sono gli stretti flussi di elettroni in brevi bagliori che durano da decine di minuti a diverse ore. E poi ci sono i razzi con ampie onde d'urto, che durano fino a diversi giorni e contengono principalmente protoni, con qualche nucleo occasionale più pesante.

Nonostante la vasta gamma di dati forniti dagli orbiter solari, alcune questioni fondamentali restano irrisolte. Gli scienziati non comprendono ancora i meccanismi specifici alla base dell'accelerazione delle particelle nei brillamenti solari di breve e lunga durata. Non è inoltre chiaro quale sia il ruolo della riconnessione magnetica per le particelle mentre accelerano e lasciano la corona solare, o come e dove si originano le popolazioni di particelle iniziali prima di accelerare sulle onde d'impatto. Per rispondere a queste domande, i ricercatori richiedono rivelatori di particelle di un nuovo tipo, che sarebbe anche alla base dei nuovi protocolli di sicurezza delle astronavi che riconoscerebbero l'onda iniziale di elettroni come un avvertimento precoce dell'imminente pericolo di radiazioni protoniche.

Un recente studio di un team di fisici del MIPT e altrove riporta la creazione di un prototipo di rivelatore di particelle ad alta energia. Il dispositivo è costituito da più dischi di polistirene, collegato a fotorivelatori. Quando una particella passa attraverso il polistirene, perde parte della sua energia cinetica ed emette luce, che viene registrato da un fotorilevatore al silicio come segnale per la successiva analisi al computer.

Il ricercatore principale del progetto, Alexander Nozik, del Laboratorio di metodi di fisica nucleare del MIPT, ha dichiarato:"Il concetto di rivelatori a scintillazione plastica non è nuovo, e tali dispositivi sono onnipresenti negli esperimenti basati sulla Terra. Ciò che ha permesso i notevoli risultati che abbiamo ottenuto è l'utilizzo di un rivelatore segmentato insieme ai nostri metodi di ricostruzione matematica".

Parte della carta in Journal of Instrumentation si occupa di ottimizzare la geometria del segmento del rivelatore. Il dilemma è che mentre dischi più grandi significano più particelle analizzate in un dato momento, questo va a scapito del peso dello strumento, rendendo la sua consegna in orbita più costosa. Anche la risoluzione del disco diminuisce all'aumentare del diametro. Per quanto riguarda lo spessore, dischi più sottili determinano le energie di protoni ed elettroni con maggiore precisione, tuttavia un gran numero di dischi sottili richiede anche più fotorivelatori ed elettronica più ingombrante.

Il team si è affidato alla modellazione al computer per ottimizzare i parametri del dispositivo, alla fine assemblando un prototipo abbastanza piccolo da essere consegnato nello spazio. Il dispositivo a forma di cilindro ha un diametro di 3 centimetri ed è alto 8 centimetri. Il rilevatore è costituito da 20 dischi di polistirene separati, consentendo una precisione accettabile di oltre il 5%. Il sensore ha due modalità di funzionamento:registra singole particelle in un flusso che non supera 100, 000 particelle al secondo, passaggio a una modalità integrata in presenza di radiazioni più intense. La seconda modalità utilizza una tecnica speciale per analizzare i dati di distribuzione delle particelle, che è stato sviluppato dagli autori dello studio e non richiede molta potenza di calcolo.

"Il nostro dispositivo si è comportato molto bene nei test di laboratorio, " ha detto il coautore dello studio Egor Stadnichuk del MIPT Nuclear Physics Methods Laboratory. "Il prossimo passo è sviluppare una nuova elettronica che sarebbe adatta per il funzionamento del rivelatore nello spazio. Inoltre adatteremo la configurazione del rivelatore ai vincoli imposti dall'astronave. Ciò significa rendere il dispositivo più piccolo e leggero, e incorporando schermatura laterale. Ci sono anche piani per introdurre una segmentazione più fine del rivelatore. Ciò consentirebbe misurazioni precise degli spettri elettronici a circa 1 MeV".