211service.com
Bærbare strålingsdetektorer i palmestørrelse
Forskere ved National Space Biomedical Research Institute ( NSBRI ) og U.S. Naval Academy ( LÆBE ) har udviklet en ny strålingsdetektor til brug under rummissioner, især dem til Månen og Mars, hvor energiniveauer er farlige og omtrentlige doser estimeres. Enheden, der kaldes et mikrodosimeter, er lille og lavenergi, og den kan måle atmosfæriske strålingsniveauer i realtid.
Udsat for stråling : Mikrodosimeterinstrumentet består af en sensor, der består af bittesmå celler, hver kaldet en enkeltdiodedetektor, der måler 10 gange 10 gange 2 mikrometer - på størrelse med et rødt blodlegeme. Cellerne måler strålingsniveauet i atmosfæren ved mængden af små energipartikler, der afsættes i hver celle. De data, de indsamler, kan registreres og vurderes i realtid.
Vi tager virkelig eksisterende teknologi og skubber den til nye grænser, så vi kan anvende den, hvor den aldrig rigtig har været anvendt før, siger Vince Pisacane, forsker på NSBRI Technology Development Team, professor i rumfartsteknik ved USNA, og hovedefterforskeren om dette projekt . Ved at bruge en siliciumenhed af sit teams eget fabrikat som en grundlæggende sensor, håber Pisacane at opnå den type nøjagtighed, der er nødvendig for at foretage skøn over strålingseksponeringen af mennesker i rummet. Det er virkelig afgørende [for menneskers sundhed, at] det er så præcist som muligt, siger han.
Siden Apollo missioner har NASA fløjet en række forskellige strålingsdetektorer på hver mission; de fleste af disse detektorer har været baseret på ét stykke hardware: et dosimeter. Denne enhed, der stadig er det mest nøjagtige instrument, der bruges af mennesker, der regelmæssigt udsættes for stråling i deres arbejde, måler den samlede akkumulerede mængde af strålingseksponering og kan have form af et badge, et rør i penstørrelse eller en digital udlæsning. Men selv om enheden er meget holdbar og bærbar, giver den først målinger af strålingseksponering efter kendsgerningen, så de doser af stråling, som astronauter modtager, mens de er i rummet, kendes ikke, før de vender tilbage til Jorden.
I den grad rumforskning involverer bemandede missioner, er behovet for bedre strålingsdetektion akut. På bare en dag eller to på månens overflade kan astronauter modtage op til 600 gange den mængde stråling, en person på Jorden modtager på et år, forklarer Ann Kennedy , Richard Chamberlain professor i forskningsonkologi og professor i afdelingen for strålingsonkologi, University of Pennsylvania School of Medicine. Den største bekymring er en soludbrud eller solpartikelhændelse, der kan opstå uden varsel fra solen, der udsender partikler ved høj volumen, hvilket fører til høje doser for astronauter, forklarer hun. Virkningerne af udsættelse for ekstrem stråling kan være alvorlige: opkastning, erytem (rødme på huden), kræft, leukæmi og endda død.
For at bygge et værktøj, der kan hjælpe astronauter med at undgå sådanne effekter, brugte Pisacane's team den centrale idé om et dosimeter – det vil sige måling af den samlede mængde strålingseksponering – men det måler ikke kun den kumulative mængde stråling, som kroppen modtager: det er også måling af den kumulative mængde, som hver celle i kroppen modtager. Ved at studere stråling i mikroskopisk skala håber forskerne bedre at kunne forstå de cellulære virkninger af stråling.
Mikrodosimeteret, som er omtrent på størrelse med en pakke cigaretter, indeholder en række celler lavet af silicium, hver typisk på størrelse med et rødt blodlegeme og arrangeret på en elektronisk tavle som firkanterne på et skakternet. Hver celle registrerer løbende mængden af små energipartikler, der aflejres. Nogle partikler vil afsætte mere energi og andre typer end andre. Fra at se på disse data kan forskerne skabe et energispektrum, der giver dem mulighed for at måle rækkevidden af energier og de værdier, der kan deponeres i den menneskelige krop.
Ydermere er systemet, hvad Pisacane kalder aktivt og kan tage realtidsmålinger af strålingsniveauer, og advare astronauter med det samme, hvis de er i fare. Rumdragter og rumfartøjer udstyret med mikrodosimetersensorer kan hjælpe med at gøre det muligt for astronauter at træffe beskyttende handlinger ved begyndelsen af øget stråling.
Men før enheden er klar til bemandede missioner, vil den blive testet på adskillige satellitter i løbet af cirka fem år. Pisacane håber, at enheden – som er drevet af AA-batterier og allerede kun bruger én watt strøm, når den løbende indsamler data – for hver tur bliver endnu mindre og bruger mindre strøm med øget pålidelighed. Mikrodosimeteret tager sin første tur til rummet den 8. marts, når det går op på STP-1, løfteraketten, som et eksperiment på MidSTAR satellit bygget af USNA. Satellitten vil indeholde tre mikrodosimetersensorer, en udvendig og to indeni, hvoraf den ene vil være belagt med polyethylen, et stof, hvis permeabilitet svarer til menneskets væv, og dermed kan simulere virkningerne af stråling på den menneskelige krop. Alle tre sensorer vil blive forbundet til et elektronisk udgangsmodul, der vil indsamle og gemme data til transmission til jorden.
Den centrale udfordring ved at skabe en af disse enheder er at gøre den nøjagtig. Der er mange elementer, der skal til for at få det til at fungere, siger Pisacane, og alt dette skal designes, dele skal fremstilles, vi skal identificere elektriske komponenter og få dem på tavlen – nogle af dem er så små, at du kan næsten ikke se dem.
Faktisk er de ting, du skal gøre for at udvikle meget små enheder med lav masse og lavt strømforbrug til rumflyvning, usædvanligt vanskelige, forklarer Cary Zeitlin, en stabsforsker ved Lawrence Berkeley National Laboratory og tidligere hovedefterforsker. af Martian Radiation Environment Experiment ( MARIE ). MARIE-projektet, som blev finansieret af NASA, byggede et partikelteleskop til at måle strålingsniveauer på Mars og blev sendt ombord på Odysséen til test i 2001. Selvom teknologien led af hardwareproblemer efter en stor solbegivenhed, var den i stand til at indsamle doseringsoplysninger og var et begyndende skridt i detektionsbestræbelserne på Mars. Pisacane's gruppe laver en variation af standardtypen af dosimeter, og det er en ny måde at måle strålingsdoser på, som jeg synes er en ny anvendelse, siger Zeitlin.
Selvom det er ekstremt vigtigt for bemandede rummissioner, er mikrodosimeteret beregnet til også at have jordbaserede applikationer. Det kan hjælpe folk, der arbejder med atomkraft, med nukleare forbindelser, i medicinske og industrielle applikationer og i de områder, hvor det er vigtigt at kende niveauerne af stråling, siger Jay Buckey , teamleder for NSBRI Technology Development Team og professor i medicin ved Dartmouth Medical School. Denne teknologi er en fremragende og meget værdifuld måde at spore strålingseksponering og en forbedring af det, vi har nu, siger han.