Visszatekintés az MTA Energiatudományi Kutatóközpont (EK) passzív szilárdtest detektorokkal végzett űrdozimetriai tevékenységére. A második rész a 2010–2013 közötti dózisvizsgálatokról szól.
A Nemzetközi Űrállomáson (ISS) végzett kozmikussugárzás-vizsgálatok esetében passzív dozimetrián olyan detektorokkal végzett sugárzásvizsgálatokat értünk, melyek nem igényelnek áramellátást, ez a fő előnyük De a módszer hátrányokkal is jár: a dóziseredményekhez nem valós időben, hanem csak a detektorok Földre hozatala után, néha hosszadalmas kiértékelő munka végeztével jutunk hozzá. Azonban van további előnyük is, ez a kis méret (10-15 cm3) és tömeg (12-20 g), ami megkönnyíti az űrállomásra juttatást. A detektorok szinte bárhol elhelyezhetőek, dózistérképezésre használhatóak. Szerkezetüket az alábbi ábra mutatja be.
1. ábra: A passzív detektor csomag (stack) két fő alkotóelemből áll: a termolumineszcens detektotok (TLD) – ezek a TL tokban helyezkednek el – és a nyomdetektorok (3 polikristályos műanyag lapka). Ezeket kiegészíti egy polietilén lap és 3 polikarbonát védőfólia (itt zölddel jelölve). Összecsomagolt állapotban a stack 4,5 × 6 cm2 területű, 5 mm vastag és 18 g tömegű (ld. a jobb felső sarokban). Ez az összetétel és a speciális kiértékelő technika lehetővé teszi a kozmikus sugárzás szinte minden komponensének vizsgálatát, mérését, ahogy az ábrán is jelölve van.
A kozmikus sugárzásnak sok komponense van, de dózishatásuk figyelembe vételekor csak az általuk egységnyi úthosszon (amit μm-ben adunk meg) leadott energia (ezt keV-ban mérjük) alapján vizsgáljuk Ezt nevezzük lineáris energia transzfernek (LET). A TLD-k a 10 keV/μm-nél kisebb, míg a nyomdetektorok az ennél nagyobb LET-ű sugárzást képesek mérni.
A TLD-k olyan kristályos anyagok (pld. LiF, CaSO4, Al2O3), melyekben a kis LET-ű sugárzás hatására a kristályszerkezetben a dózissal arányosan, hosszú ideig megmaradó változás következik be. Ha azonban a kristályt hőhatásnak vetjük alá, akkor a bevitt energia fény formában távozik és a kristály alapállapotába áll vissza. A kibocsátott fény mennyisége mérhető és arányos a kristályt ért dózissal.
Cikksorozatunknak ebben a részében a kis LET-ű sugárzásnak az űrállomás különböző pontjain, a 2010–2013-as időszakban végzett méréseivel foglalkozunk. Ez az időtartam átfogja a 24. napciklus naptevékenységének emelkedő ágát. A naptevékenységet a napfoltok számával jellemezzük.
2. ábra: A megfigyelt napfoltok havi számának változása a 24. napciklus felszálló ágában. A ciklus hivatalos kezdete 2008. január volt. Azonban abban az évben a naptevékenység végig minimális volt, egészen 2009. augusztusig.
A naptevékenység elsősorban a kis LET-ű sugárzást befolyásolja, erősebb tevékenység esetén a protonsugárzás felerősődik, amint azt az előző cikkünkben bemutattuk. Az itt bemutatandó vizsgálatokat az 1. táblázatban foglaljuk össze.
1. táblázat: A vizsgálatok helye és ideje. A használt rövidítések: SM - szerviz modul, DM1 - első dokkolómodul, M-2 második kutatómodul.
Az első hét vizsgálat valamelyik orosz modulban történt. Ezek helyét az előző cikkünkben találhatják meg. A Columbus modulban a helyszíneket a következő ábra mutatja be.
3. ábra: A Columbus modul földi oktató és bemutató példánya az Európai Űrügynökség (ESA) a noordwijk-i technikai központjában (a szerző felvétele). A modul oldalain az egyes kísérleti berendezések helyezkednek el. A zöld alapú számok mutatják a DOSIS-3D vizsgálatok 10 helyszínét. A piros kör a DOSIS-3D-hez kacsolódó háromdimenziós (X-Y-Z) adatokat szolgáltató mérőegység, a kék pedig a TriTel-SURE hasonló mérőegységének pozíciója. Távolságuk egymástól kb. 40 cm.
A szerviz (SM), Pirsz és MRM2 modulokban a dózisteljesítmény változását a lenti grafikon jeleníti meg. A dózisteljesítményt μGy/nap egységben adjuk meg. Jól látható, hogy az SPD-9 ideje alatt a dózisteljesítmény minden egyes mérési ponton jelentősen megnövekedett. Ez azonban nem a napfoltok számában bekövetkezett kis változás miatt alakult így, hanem az űrállomás magasabb pályára kerülése miatt (ld. előző cikkünket). Az egyes mérési pontok közötti eltérés az adott hely eltérő sugárvédelmi viszonyaira utal.
4. ábra: A TLD detektorok által mért alacsony LET-ű kozmikus sugárzás átlag dózisteljesítményeinek voltozása a három mérési ciklus alatt az ISS orosz szegmenseiben, μµGy/nap egységben, az EK mérései alapján. Az MRM2-ben először az SPD-8 alatt történt mérés a Pirsz-2 detektorok áthelyezése után.
A Pirsz dokkolómodul sugárvédelmi tulajdonságai gyengébbek, mint az állandó tartózkodásra használatos szerviz modulé (SM). De még ezen belül is nagy eltérések vannak az egyes felületek között. A Pirsz azon része, melyik az SM-hez csatlakozik, jobban le van árnyékolva, már az űrállomás többi egysége által is. Azonban a modul oldalán elhelyezett kijárat közelében a falvastagság is kisebb és így itt nagyobb dózisok tudnak kialakulni. Jól példázza ezt a SPD és a BioTrack mérési sorozatok dózisteljesítményeinek összehasonlítása az alábbi ábrán. Bár a mérési ciklusok hossza és ideje nem biztosít teljesen átfedést (ld. az 1. táblázatot), mégis megállapítható, hogy a szegmens két különböző pontján a dózisteljesítmények jelentősen eltérnek egymástól a védelem különbözőségének eredményeként.
5. ábra: A Pirsz modul (a NASA felvétele) két mérési pontjában a TLD detektorok által mért alacsony LET-ű kozmikus sugárzás átlag dózisteljesítményeinek változása μGy/nap egységben, az EK mérései alapján.
További érdekes összehasonlításra adnak lehetőséget az európai Columbus modulban folyó dózistérkepezés eddigi és az orosz modulokban végzett, fent bemutatott mérések eredményei. Elsősorban azért, mert a Columbus modul 10 évvel később épült, mint az orosz SM és itt a tervezők már hasznósítani tudták az SM modulban (az MTA EK által is) mért dóziseloszlás adatokat. Ennek eredményeképpen ennek a modulnak a kozmikus sugárzás elleni védelme hatékonyabb és tömegében még kisebb is. A Columbus modulban végzett méréseket viszont az orosz SM védelmének javítására használták fel az elmúlt években.
A TriTel-SURE vizsgálatokban egy háromtengelyű, félvezető detektorokból álló, aktív részecskedetektor és egy kocka alakú, kombinált passzív detektorcsomag vesz részt. Az utóbbinak minden oldalán az 1. ábrán bemutatott összeállítás helyezkedik el. A kocka belseje három tömör karbon blokkból van, amely minden irányból kiszűri a kis LET-ű sugárzásokat (ld. a 6. ábrát). Ezáltal lehetővé válik, hogy gyakorlatilag hat irányból vizsgálhassa a kis LET-ű kozmikus sugárzás irányfüggését. A kocka belsejében levő nyomdetektorok a nagy áthatoló képességű galaktikus eredetű sugárzás vizsgálatát végzik.
6. ábra: A TriTel passzív detektor összeszerelés közben.
A TriTel-SURE vizsgálatok kis LET-ű sugárzásra vonatkozó eredményeit a 2. táblázatban foglaltuk össze.
2. táblázat: A kis LET-ű sugárzások irányfüggése. A dózisteljesítmény a menetirányból nézve a legkisebb, a hátoldalról pedig a legnagyobb. Ennek oka a Föld mágneses tere által eltérített protonok nyugat-keleti mozgásiránya. A jelenség már korábban is ismert volt, de ilyen kisméretű, passzív TLD detektrokkal ebben a vizsgálatban sikerült ezt először meggyőzően kimutatni.
A DOSIS-3D vizsgálatokban kapott, 11 pontban mért adatok bemutatása hosszadalmas lenne, ezért kiválasztottuk azt a pozíciót, ahol a TriTel projekt detektorai is elhelyezkedtek és három irányból vizsgálták az alacsony LET-ű sugárzások dózisait. Az összehasonlító eredményeket a 7. ábrán mutatjuk be.
7. ábra: Dózisteljesítmények a Columbus modulban, μGy/nap egységben.
A DOSIS-3D/2 értékeit a közel azonos időben folyó SPD-9 mérésekkel összehasonlítva néhány megállapítást tehetünk. Az orosz szegmensben minden pozícióban a dózisteljesítmények nagyobbak voltak, három helyen is meghaladták a 300 μGy/nap értéket. A DOSIS-3D/1 és DOSIS-3D/2 esetében a dózisok csökkentek, ami összefüggésbe hozható a 2012-ben kisebb naptevékenységgel. Ez viszont újra növekedett, akkor amikor a TriTel detektorok is az űrállomáson voltak (ld. a 2. ábrát).
Legközelebb, cikksorozatunk harmadik részben megvizsgáljuk a nagy LET-ű és nagy áthatoló képességű, galaktikus eredetű kozmikus sugárzás méréseinek eredményeit, ugyanebben az időszakban.
A BioTrack és SPD vizsgálatok részben a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség támogatásával, az URKUT_10-1-2011-0013 szerződés keretében folytak.
Pálfalvi József Kapcsolódó cikkek:
MTA EK, Űrdozimetriai Kutatócsoport
Tizenkét év – harminc bevetés az űrben
Interneten követhető szemináriumsorozatot indít a Magyar Asztronautikai Társaság. Az első előadást Haidegger Tamás tartja Robotos és emberes űrmissziók - a közeli jövő lehetőségei címmel, december 11-én. 
