211service.com
Draagbare stralingsdetectoren ter grootte van een handpalm
Onderzoekers van het National Space Biomedical Research Institute ( NSBRI ) en de U.S. Naval Academy ( LIP ) hebben een nieuwe stralingsdetector ontwikkeld die kan worden gebruikt tijdens ruimtemissies, met name die naar de maan en Mars, waar energieniveaus gevaarlijk zijn en geschatte doses worden geschat. Het apparaat, een microdosismeter genaamd, is klein en heeft een laag vermogen, en het kan atmosferische stralingsniveaus in realtime meten.
straling blootgesteld : Het microdosismeterinstrument bestaat uit een sensor die bestaat uit kleine cellen, elk een detector met enkele diode genoemd, die 10 bij 10 bij 2 micron meten - de grootte van een rode bloedcel. De cellen meten het stralingsniveau in de atmosfeer aan de hand van de hoeveelheid kleine energiedeeltjes die in elke cel wordt afgezet. De gegevens die ze verzamelen, kunnen realtime worden vastgelegd en beoordeeld.
We zijn echt bezig met bestaande technologie en duwen deze naar nieuwe limieten, zodat we deze kunnen toepassen waar het nog nooit eerder is toegepast, zegt Vince Pisacane, een onderzoeker bij het NSBRI Technology Development Team, een professor in lucht- en ruimtevaarttechniek aan de USNA, en de hoofdonderzoeker hierover projecteren . Door een zelfgemaakt siliciumapparaat als basissensor te gebruiken, hoopt Pisacane het soort nauwkeurigheid te bereiken dat nodig is om schattingen te maken van de stralingsblootstelling van mensen in de ruimte. Het is echt van cruciaal belang [voor de menselijke gezondheid] dat het zo nauwkeurig mogelijk is, zegt hij.
sinds de Apollo missies heeft NASA bij elke missie een verscheidenheid aan stralingsdetectoren gevlogen; de meeste van deze detectoren zijn gebaseerd op één stuk hardware: een dosismeter. Dit apparaat, nog steeds het meest nauwkeurige instrument dat wordt gebruikt door mensen die regelmatig aan straling worden blootgesteld tijdens hun werk, meet de totale geaccumuleerde hoeveelheid stralingsblootstelling en kan de vorm aannemen van een badge, een buisje ter grootte van een pen of een digitale uitlezing. Maar het apparaat, hoewel zeer duurzaam en draagbaar, levert pas achteraf metingen van de blootstelling aan straling, dus de stralingsdoses die astronauten ontvangen terwijl ze in de ruimte zijn, zijn pas bekend als ze terugkeren naar de aarde.
In de mate dat ruimteverkenning bemande missies omvat, is de behoefte aan betere stralingsdetectie acuut. In slechts een dag of twee op het maanoppervlak kunnen astronauten tot 600 keer de hoeveelheid straling ontvangen die een persoon op aarde in een jaar ontvangt, legt uit Ann Kennedy , Richard Chamberlain hoogleraar onderzoeksoncologie en een professor in de afdeling stralingsoncologie van de University of Pennsylvania School of Medicine. Het meest zorgwekkend is een zonnevlam of zonnedeeltjesgebeurtenis die zonder waarschuwing kan plaatsvinden door de zon die deeltjes met een hoog volume uitzendt, wat leidt tot hoge doses voor astronauten, legt ze uit. De effecten van blootstelling aan extreme straling kunnen ernstig zijn: braken, erytheem (roodheid van de huid), kanker, leukemie en zelfs de dood.
Om een hulpmiddel te bouwen dat astronauten kan helpen dergelijke effecten te vermijden, gebruikte het team van Pisacane het centrale idee van een dosimeter, dat wil zeggen, het meten van de totale hoeveelheid stralingsblootstelling, maar het meet niet alleen de cumulatieve hoeveelheid straling die het lichaam ontvangt: het is ook het meten van de cumulatieve hoeveelheid die elke cel in het lichaam ontvangt. Door straling op microscopische schaal te bestuderen, hopen de onderzoekers de cellulaire effecten van straling beter te begrijpen.
De microdosismeter, die ongeveer zo groot is als een pakje sigaretten, bevat een reeks cellen gemaakt van silicium, elk typisch zo groot als een rode bloedcel en gerangschikt op een elektronisch bord zoals de vierkanten op een dambord. Elke cel registreert continu de hoeveelheid kleine energiedeeltjes die wordt afgezet. Sommige deeltjes zullen meer energie en verschillende soorten deponeren dan andere. Door naar deze gegevens te kijken, kunnen onderzoekers een energiespectrum creëren waarmee ze het bereik van energieën en de waarden die in het menselijk lichaam kunnen worden afgezet, kunnen meten.
Bovendien is het systeem wat Pisacane actief noemt en kan het in realtime stralingsniveaus meten, waardoor astronauten onmiddellijk worden gewaarschuwd als ze gevaar lopen. Ruimtepakken en ruimtevaartuigen die zijn uitgerust met de microdosimetersensoren kunnen astronauten in staat stellen om beschermende maatregelen te nemen bij het begin van verhoogde straling.
Maar voordat het apparaat klaar is voor bemande missies, wordt het in de loop van ongeveer vijf jaar op talloze satellieten getest. Pisacane hoopt dat het apparaat - dat wordt gevoed door AA-batterijen en al slechts één watt verbruikt bij het continu verzamelen van gegevens - met elke reis nog kleiner zal worden, minder stroom verbruikt met een grotere betrouwbaarheid. De microdosismeter maakt zijn eerste reis naar de ruimte op 8 maart, wanneer hij zal stijgen op STP-1, het lanceervoertuig, als een experiment op de MidSTAR satelliet gebouwd door de USNA. De satelliet zal drie microdosismetersensoren bevatten, één aan de buitenkant en twee aan de binnenkant, waarvan één zal worden gecoat met polyethyleen, een stof waarvan de doorlaatbaarheid vergelijkbaar is met die van menselijk weefsel, en kan zo de effecten van straling op het menselijk lichaam simuleren. Alle drie de sensoren worden aangesloten op een elektronische uitgangsmodule die gegevens verzamelt en opslaat voor verzending naar de grond.
De centrale uitdaging bij het maken van een van deze apparaten is om het nauwkeurig te maken. Er zijn veel elementen om het te laten werken, zegt Pisacane, en dit alles moet worden ontworpen, onderdelen moeten worden vervaardigd, we moeten elektrische componenten identificeren en op het bord krijgen - sommige zijn zo klein dat je kan ze bijna niet zien.
Inderdaad, de dingen die je moet doen om zeer kleine apparaten met een lage massa en een laag stroomverbruik voor ruimtevluchten te ontwikkelen, zijn buitengewoon lastig, legt Cary Zeitlin uit, een stafwetenschapper bij het Lawrence Berkeley National Laboratory en voormalig hoofdonderzoeker van het Marsstralingsomgevingsexperiment ( MARIE ). Het MARIE-project, dat werd gefinancierd door NASA, bouwde een deeltjestelescoop om de stralingsniveaus op Mars te meten en werd aan boord van de Odyssee voor testen in 2001. Hoewel de technologie te lijden had van hardwareproblemen na een groot zonne-evenement, was het in staat om doseringsinformatie te verzamelen en was het een eerste stap in de detectie-inspanningen op Mars. De groep van Pisacane doet een variatie op het standaard type dosimeter, en het is een nieuwe manier om stralingsdoses te meten waarvan ik denk dat het een nieuwe toepassing is, zegt Zeitlin.
Hoewel uiterst belangrijk voor bemande ruimtemissies, is de microdosismeter bedoeld om ook op aarde gebaseerde toepassingen te hebben. Het kan mensen helpen die werken met kernenergie, met nucleaire verbindingen, in medische en industriële toepassingen en in die gebieden waar het belangrijk is om de stralingsniveaus te kennen, zegt Jay Buckey , teamleider van het NSBRI Technology Development Team en hoogleraar geneeskunde aan de Dartmouth Medical School. Deze technologie is een uitstekende en zeer waardevolle manier om de blootstelling aan straling te volgen en een verbetering van wat we nu hebben, zegt hij.