Vu au centre de l'image, le spectromètre à neutrons rapides aidera à détecter avec précision les neutrons dans l'espace. Les neutrons sont potentiellement nocifs pour l'homme. Crédit :NASA
L'exposition à long terme à des niveaux élevés de rayonnement est l'un des principaux problèmes de santé liés à la vie et au travail dans l'espace. Des scientifiques de la NASA ont développé un nouvel appareil pour surveiller l'exposition aux rayonnements aux neutrons et le testent sur la Station spatiale internationale.
Lancé lors de la cinquième mission de ravitaillement Orbital ATK vers la station, le spectromètre à neutrons rapides est conçu pour détecter et mesurer l'énergie des neutrons, qui sont connus pour être particulièrement nocifs pour l'homme. Comprendre le rayonnement neutronique aidera à assurer la sécurité des équipages lorsque la NASA enverra des humains sur Mars.
"Il existe plusieurs types de rayonnement dans l'espace, " a déclaré Mark Christl, chef d'équipe pour l'étude au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama. « Alors qu'il existe déjà des instruments avancés pour détecter les rayons gamma produits par les supernovas ou les trous noirs, Rayons X et autres particules chargées, nous avions besoin d'un moyen de détecter et de mesurer le rayonnement neutronique pour quantifier l'impact sur la biologie humaine. Les techniques de détection des neutrons n'ont pas connu le même bond en avant dans les progrès technologiques. »
Le rayonnement neutronique est créé lorsque les particules à haute énergie de notre soleil et de l'extérieur de notre système solaire interagissent avec d'autres particules ou matière, comme un vaisseau spatial ou une surface planétaire. Mais ces neutrons ne sont viables que pendant environ 13 minutes avant de se désintégrer en particules chargées.
Les petites fibres de verre du scintillateur qui peuvent contribuer à en faire un détecteur de neutrons plus efficace. Lorsqu'il est utilisé dans l'espace, il enregistrera l'exposition des voyageurs spatiaux au rayonnement cosmique entrant. Crédit :NASA
« S'ils sont à plus de 13 minutes de vous, ce n'est pas vraiment un problème, " Christl a dit. " Si vous êtes dans une capsule ou sur la surface d'une planète avec peu ou pas de champ magnétique ou d'atmosphère, vous pouvez potentiellement être recouvert d'un champ de neutrons."
Le spectromètre à neutrons rapides est principalement un outil passif, en attendant que les neutrons le frappent. Il est composé d'un boîtier en aluminium avec un scintillateur en plastique qui ralentit le neutron lorsqu'il frappe l'appareil, et des fibres de verre scintillateur qui absorbent les neutrons et réémettent l'énergie sous forme de lumière. Cette version avancée fournit deux signaux distincts pour la mesure - le premier pour mesurer son énergie et le second pour confirmer qu'un neutron a été détecté plutôt qu'un autre type de particule. Le standard, les appareils entièrement en plastique ne peuvent pas déterminer clairement les différences entre ces signaux.
« Des détecteurs d'autres types de rayonnement sont déjà utilisés dans de nombreuses industries, " a déclaré Christl. " Ils sont utilisés dans les accélérateurs de particules pour la recherche scientifique, l'industrie pétrolière ou le domaine médical pour mesurer l'exposition aux rayonnements. Les scientifiques ont travaillé sur des avancées remarquables dans ces détecteurs, mais les détecteurs de rayonnement neutronique n'ont pas reçu ce genre d'attention. A la Nasa, nous avons vu cela comme une opportunité de résoudre un problème que nos astronautes auront au cours de leurs longs voyages dans notre système solaire. »
L'astronaute de la NASA Shane Kimbrough a installé l'appareil sur la station spatiale le 2 décembre 2016. Depuis, il a été déplacé à différents endroits à l'intérieur de la station et il réside actuellement dans le module Node 1. Le spectromètre à neutrons rapides surveillera les neutrons pendant six mois, envoyer des données pour tout impact de neutrons à un ordinateur portable de la station. Ces données seront téléchargées quotidiennement pour être traitées et analysées par l'équipe de Marshall.
L'équipe de scientifiques et d'ingénieurs qui a conçu et construit le spectromètre à neutrons rapides au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama, se rassemblent autour de leur appareil avant qu'il ne soit expédié à l'usine de traitement de Houston pour le lancement. Crédit :NASA/Fred Deaton
L'appareil a été testé et calibré dans des accélérateurs de particules et en utilisant d'autres sources radioactives sur Terre. Si la technique est vérifiée, Christl espère qu'il pourra être utilisé lors de futures missions pour déterminer quand - et dans quelle mesure - les neutrons contribuent au rayonnement absorbé par un équipage de voyageurs spatiaux. Même si l'environnement de rayonnement de la station spatiale n'est pas considéré comme « l'espace lointain, " le spectromètre est une nouvelle capacité prête à être validée dans un environnement spatial.
Le projet est un effort de collaboration au sein de l'agence. Une équipe du Langley Research Center de la NASA à Hampton, Virginie, examine les mesures que les membres d'équipage peuvent prendre s'ils reçoivent un avertissement d'une onde de rayonnement provenant d'une éruption solaire, exécuter des simulations et trouver des moyens de réorganiser le contenu d'un vaisseau spatial pour augmenter le blindage. Une autre équipe du Johnson Space Center de la NASA à Houston fait progresser la détection des particules chargées.
"Il y a un besoin sérieux de surveiller la dose de rayonnement que l'équipage reçoit, " a déclaré Christl. "Nous utilisons différentes techniques pour les particules chargées et les neutrons et nous aurons besoin de connaître la dose des deux pour savoir combien de rayonnement les astronautes reçoivent. Ces détecteurs de rayonnement peuvent forcer les missions à changer en cours de route, mais cela aidera à garder nos astronautes en sécurité."
