Il rivelatore e l'elettronica in un nuovo spettrometro di neutroni che viene testato nello spazio per monitorare le radiazioni per le future missioni spaziali della NASA con equipaggio sono stati costruiti e testati presso il National Space Science and Technology Center (NSSTC) dell'Università dell'Alabama a Huntsville (UAH).

Il Fast Neutron Spectrometer (FNS) è ora a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

I neutroni contribuiscono all'esposizione alle radiazioni dell'equipaggio e devono essere misurati per valutare i livelli di esposizione. Il FNS, sviluppato dal Marshall Space Flight Center (MSFC) e dal Johnson Space Center (JSC) della NASA, utilizza un nuovo design dello strumento che può migliorare significativamente l'affidabilità dell'identificazione dei neutroni nel campo di radiazioni miste trovato nello spazio profondo. L'investigatore principale della MSFC e il capo del team è Mark Christl. Il project manager della NASA JSC è Catherine Mcleod e il capo tecnico è Eddie Semones alla NASA JSC.

"La nostra tecnica migliora il metodo 'cattura-dipendente' ben consolidato che utilizza scintillatori plastici caricati con boro-10 per misurare l'energia dei neutroni veloci, "dice Evgeny Kuznetsov, un ingegnere di ricerca presso il Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR) dell'UAH, che con il ricercatore CSPAR John Watts ha lavorato al dispositivo. "L'elemento centrale di FNS è uno scintillatore composito personalizzato combinato con un'elettronica specializzata che lavora insieme per separare chiaramente i segnali dovuti ai neutroni dai segnali dovuti ad altre forme di radiazione".

L'FNS è schierato sulla ISS per sei mesi per condurre una dimostrazione tecnologica per valutarne le prestazioni in un ambiente spaziale. Rimarrà poi a tempo indeterminato per raggiungere obiettivi secondari.

"Il rivelatore centrale FNS è stato prodotto nel laboratorio del NSSTC e comprende una struttura di 5, 000 fibre di vetro scintillante drogate con Li6 sensibili ai neutroni regolarmente distanziate gettate in uno scintillatore plastico da un litro, "dice Kuznetsov.

In combinazione con parametri appositamente regolati dell'elettronica di lettura, il design consente al rivelatore di misurare lo spettro di neutroni in un ambiente a radiazione mista.

"La luce di scintillazione prodotta in questi due scintillatori è distinta, e sfruttiamo questa differenza per comprendere meglio i segnali generati in risposta ai neutroni, " dice Watts. "Lo scintillatore plastico risponde al neutrone perdendo tutta la sua energia, e le fibre di vetro forniscono un'identificazione positiva che è stato catturato un neutrone. Questa sequenza di segnali produce un trigger nell'elettronica, e i dati vengono registrati per l'analisi."

All'UAH, Watts ha effettuato simulazioni delle prestazioni del rivelatore e simulazioni dell'efficienza di reiezione gamma. Kuznetsov ha progettato schede elettroniche front-end, che acquisiscono i segnali dai tubi fotomoltiplicatori fissati ai lati opposti del rivelatore centrale. Queste schede elettroniche amplificano e condizionano i segnali acquisiti per ottenere un'efficienza ottimale di rilevamento dei neutroni e la misurazione dell'energia dei neutroni registrati. Kuznetsov ha anche partecipato alla produzione del rivelatore centrale.

I dati acquisiti durante il volo di FNS sulla ISS verranno utilizzati per valutare le prestazioni della tecnica di misurazione dei neutroni e la capacità di FNS di operare nell'ambiente spaziale.

"Questa convalida è fondamentale per assicurare che FNS possa soddisfare i requisiti di monitoraggio delle radiazioni per l'ambiente dello spazio profondo durante le missioni di esplorazione con equipaggio, " afferma Kuznetsov. "I dati raccolti da FNS saranno analizzati e confrontati con misurazioni effettuate da altre tecniche e con calcoli del flusso di neutroni previsto dai modelli della ISS nell'ambiente dell'orbita terrestre bassa".