Des scientifiques de la NASA qui étudient le rayonnement à haute altitude ont récemment publié de nouveaux résultats sur les effets du rayonnement cosmique dans notre atmosphère. Leurs recherches contribueront à améliorer la surveillance des rayonnements en temps réel pour les équipages et les passagers de l'industrie aéronautique travaillant dans des environnements potentiellement plus radioactifs.

Imaginez que vous êtes assis dans un avion. Croisière dans la stratosphère à 36, 000 pieds, tu es bien au dessus des nuages ​​et des oiseaux, et en effet, une grande partie de l'atmosphère. Mais, malgré son allure, cette région est loin d'être vide.

Juste au dessus de toi, particules de haute énergie, appelés rayons cosmiques, zooment depuis l'espace. Ces particules rapides s'écrasent sauvagement dans les molécules dans l'atmosphère, provoquant une réaction en chaîne de désintégration des particules. Alors que nous sommes largement protégés de ce rayonnement au sol, dans la mince atmosphère de la stratosphère, ces particules peuvent affecter les humains et l'électronique.

Lancé en septembre 2015 près de Fort Sumner, Nouveau Mexique, Expérience de dosimétrie de rayonnement de la NASA, ou RaD-X, utilisé un ballon géant rempli d'hélium pour envoyer des instruments dans la stratosphère afin de mesurer le rayonnement cosmique provenant du soleil et de l'espace interstellaire. Les résultats, présenté dans un numéro spécial du Journal de la météo spatiale , présentent quelques-unes des premières mesures du genre à des altitudes de 26, 000 à plus de 120, 000 pieds au-dessus de la Terre.

"Les mesures, pour la première fois, ont été prises à sept altitudes différentes, où la physique de la dosimétrie est très différente, " a déclaré Chris Mertens, chercheur principal de la mission RaD-X au Langley Research Center de la NASA à Hampton, Virginie. "En ayant les mesures à ces sept altitudes, nous sommes vraiment en mesure de tester à quel point nos modèles capturent la physique du rayonnement cosmique."

Le rayonnement cosmique est causé par des particules de haute énergie qui tombent continuellement de l'espace. La plupart de ces particules énergétiques proviennent de l'extérieur du système solaire, bien que le soleil soit une source importante pendant les tempêtes solaires.

la magnétosphère terrestre, qui agit comme un bouclier magnétique géant, bloque la plupart des radiations d'atteindre la planète. Particules avec une énergie suffisante, cependant, peut pénétrer à la fois la magnétosphère et l'atmosphère terrestres, où ils entrent en collision avec des molécules d'azote et d'oxygène. Ces collisions provoquent la désintégration des particules à haute énergie en différentes particules par le biais de processus connus sous le nom de cascades nucléoniques et électromagnétiques.

Si vous pouviez voir les particules depuis le hublot de l'avion, vous remarquerez qu'ils se regroupent dans une région au-dessus du plan. La densité de l'atmosphère provoque la désintégration de se produire principalement à une hauteur de 60, 000 pieds, qui crée une couche concentrée de particules de rayonnement connue sous le nom de maximum de Pfotzer.

Le rayonnement dans l'atmosphère peut être mesuré de deux manières :par sa quantité présente ou par sa capacité à endommager les tissus biologiques. Ce dernier est connu sous le nom d'équivalent de dose et est la norme pour quantifier les risques pour la santé. Cette quantité est notoirement difficile à mesurer, car cela nécessite de connaître à la fois le type et l'énergie de la particule qui a déposé le rayonnement, pas simplement combien de particules il y a.

Ces particules, à la fois les particules primaires à haute énergie et les particules secondaires de désintégration, peut avoir des effets néfastes sur la santé des humains. Le rayonnement cosmique décompose l'ADN et produit des radicaux libres, qui peuvent altérer les fonctions cellulaires.

La mission RaD-X a effectué des mesures à haute altitude, dont peu existaient auparavant, pour mieux comprendre comment le rayonnement cosmique se déplace dans l'atmosphère terrestre. Mesure du débit d'équivalent de dose sur une plage d'altitudes, ils ont trouvé une augmentation constante du taux plus élevé dans l'atmosphère, un résultat apparemment contraire à la concentration de particules au maximum de Pfotzer. Cela peut s'expliquer par l'interaction complexe des particules primaires et secondaires à ces altitudes, car les particules primaires trouvées plus haut ont un effet beaucoup plus dommageable sur les tissus que les particules secondaires.

En raison de leur temps passé dans la haute atmosphère terrestre, les équipages de l'industrie aéronautique sont exposés à près du double des niveaux de rayonnement des personnes au sol. L'exposition au rayonnement cosmique est également une préoccupation pour l'équipage à bord de la Station spatiale internationale et les futurs astronautes en route vers Mars, qui a un environnement de rayonnement similaire à la haute atmosphère terrestre. Apprendre à protéger les humains contre l'exposition aux rayonnements est une étape clé de l'exploration spatiale future.

Les résultats de RaD-X seront utilisés pour améliorer les modèles de météo spatiale, comme le Nowcast of Atmospheric Ionizing Radiation for Aviation Safety, ou NAIRAS, maquette, qui prédit les événements radiologiques. Ces prévisions sont utilisées par les pilotes commerciaux pour savoir quand et où les niveaux de rayonnement sont dangereux, permettant le réacheminement des aéronefs dans la région touchée si nécessaire.

Alors que les vols en montgolfière comme RaD-X sont essentiels pour modéliser l'environnement radiatif, ils ne peuvent pas fournir une surveillance des rayonnements en temps réel, dont NAIRAS a besoin pour la prévision. Le programme de mesures automatisées des rayonnements pour la sécurité aérospatiale de la NASA travaille en collaboration avec RaD-X pour développer et tester des instruments pouvant être embarqués à bord d'avions commerciaux pour une surveillance en temps réel à haute altitude.

Actuellement, un instrument appelé TEPC - abréviation de compteur proportionnel équivalent tissu - est l'instrument standard pour mesurer le rayonnement cosmique. Cet instrument est grand, cher et ne peut pas être construit commercialement - ce qui le rend moins qu'idéal pour une distribution à grande échelle.

"Nous avons besoin de petits, compact, instruments à semi-conducteurs calibrés par rapport au TEPC qui peuvent mesurer de manière fiable les équivalents de dose et peuvent être intégrés dans les avions à moindre coût et de manière compacte, " a déclaré Mertens.

La mission de vol a testé deux nouveaux instruments - le détecteur RaySure et le détecteur Teledyne TID - dans l'espoir qu'ils puissent être installés sur des avions commerciaux à l'avenir. Ces nouveaux instruments offrent l'avantage d'être compacts et facilement réalisables. Pendant les tests de mission RaD-X, les deux instruments se sont avérés être des candidats prometteurs pour le futur temps réel, surveillance in situ.