L'hardware SUBSA (Solidification Using a Baffle in Sealed Ampoules) viene installato dall'astronauta della NASA Peggy Whitson durante la spedizione 5. L'indagine SUBSA Furnace and Inserts include l'acquisizione di dati modernizzata, interfacce video e di comunicazione ad alta definizione. Credito:NASA
La ricerca sulla crescita dei cristalli in microgravità è stata una delle prime indagini condotte a bordo della Stazione Spaziale Internazionale ed è continuata fino ad oggi. L'ambiente unico di microgravità dello spazio fornisce un ambiente ideale per la produzione di cristalli che sono più perfetti delle loro controparti cresciute sulla terra. La crescita cristallina di Cs2LiYCl6:Ce scintillatori in microgravità (CLYC-Crystal Growth), un'indagine sponsorizzata dal Centro per l'avanzamento della scienza nello spazio (CASIS), studierà i potenziali benefici della crescita del cristallo CYLC in microgravità.
Il cristallo CLYC è un tipo speciale di sistema a cristalli multicomponente utilizzato per realizzare rivelatori di radiazioni a scintillatore, un dispositivo sensibile sia ai raggi gamma che ai neutroni.
"È un cristallo spettroscopico, che significa, usando questo cristallo, possiamo rilevare la presenza e l'intensità delle radiazioni, nonché identificare quali isotopi emettono radiazioni misurando l'energia, " ha detto il dottor Alexei Churilov, ricercatore primario e scienziato senior presso Radiation Monitoring Devices Inc. (RMD).
Il cristallo CLYC è prodotto come prodotto commerciale da RMD ed è ampiamente utilizzato per rilevare e differenziare i livelli di radiazioni sia nocivi che innocui. L'applicazione principale del cristallo è la sicurezza interna come metodo per rilevare materiali nucleari di contrabbando, ma può anche essere utilizzato per l'esplorazione di petrolio e gas, imaging medico, fisica delle particelle e dello spazio e strumenti scientifici.
Però, i cristalli cresciuti sulla Terra hanno mostrato difetti come crepe, bordi di grano e inclusioni, incidenti che scienziati come Churilov sperano di eliminare utilizzando l'ambiente di microgravità della stazione spaziale come habitat di crescita.
Fiale di volo per campioni CLYC Crystal Growth, da trasportare alla Stazione Spaziale Internazionale. I cristalli risultanti saranno confrontati con campioni a terra per sviluppare tecniche sulla Terra per la crescita dei cristalli. Credito:Alexei Churilov
La ricerca ha dimostrato che molti, anche se non tutti, i cristalli beneficiano della crescita in condizioni di microgravità. Sebbene il ragionamento alla base di questo fenomeno sia ancora in fase di studio, la ricerca indica la mancanza di convezione indotta dal galleggiamento, che influenza il trasporto delle molecole nel cristallo.
"Il nostro obiettivo finale è studiare la crescita di CLYC in microgravità senza l'interferenza della convezione e migliorare la produzione del cristallo sulla Terra, " disse Churilov.
La ricerca per l'indagine sulla crescita dei cristalli CLYC sarà condotta nell'ambito della solidificazione mediante deflettore in forni e inserti per ampolle sigillate (forni e inserti SUBSA). SUBSA aiuta i ricercatori a far progredire la comprensione dei processi coinvolti nella crescita dei cristalli semiconduttori. Offre un forno di congelamento a gradiente per le indagini sulla scienza dei materiali. SUBSA è stato originariamente operato a bordo della stazione spaziale nel 2002, l'hardware SUBSA è stato modernizzato e aggiornato con acquisizione dati, interfacce video e di comunicazione ad alta risoluzione.
I cristalli CLYC cresciuti sulla Terra spesso contengono imperfezioni come inclusioni (a sinistra), crepe (al centro) e bordi di grano (a destra). L'obiettivo è comprendere la loro formazione senza l'interferenza della convezione per migliorare la crescita dei cristalli sulla Terra. Credito:Alexei Churilov
Durante le indagini, quattro corse di crescita dei cristalli saranno condotte a bordo della stazione spaziale e poi nei forni SUBSA a terra, dando ai ricercatori una visione dell'effetto gravitazionale sulla loro crescita. Una volta completata l'indagine, i cristalli cresciuti nello spazio saranno confrontati con le loro controparti sulla Terra e testati per le imperfezioni e l'efficacia come rilevatori di radiazioni.
Sebbene la microgravità non possa essere imitata o riprodotta a terra, i risultati dell'indagine forniranno informazioni su quali metodi di cristallo utilizzare sulla Terra, come migliorare il design dell'ampolla e del forno e quali parametri di crescita dei cristalli modificare per ottenere un processo di cristallizzazione più perfetto.
Sebbene il peso totale dell'indagine CLYC Crystal Growth sia piccolo, solo pochi chilogrammi insieme all'imballaggio, i benefici possono essere immensi in quanto i dati raccolti durante l'indagine verranno immediatamente utilizzati nella produzione di cristalli CLYC.
