Des chercheurs du MIPT ont développé un prototype de détecteur de particules solaires. L'appareil est capable de capter des protons à des énergies cinétiques comprises entre 10 et 100 mégaélectronvolts, et des électrons à 1 ^-dix MeV. Cela couvre la majeure partie du flux de particules de haute énergie provenant du Soleil. Le nouveau détecteur peut améliorer la radioprotection des astronautes et des vaisseaux spatiaux, ainsi que de faire progresser notre compréhension des éruptions solaires. Les résultats de la recherche sont rapportés dans le Journal de l'instrumentation .

Au fur et à mesure que l'énergie est convertie d'une forme à une autre dans les régions actives de l'atmosphère solaire, des flux de particules - ou rayons cosmiques - naissent avec des énergies approximativement comprises entre 0,01-1, 000 MeV. La plupart de ces particules sont des électrons et des protons, mais des noyaux de l'hélium au fer sont également observés, bien qu'en nombre bien moindre.

Le consensus actuel est que le flux de particules a deux composantes principales. D'abord, il y a les flux étroits d'électrons dans de brèves éruptions qui durent de quelques dizaines de minutes à plusieurs heures. Et puis il y a les fusées éclairantes avec de larges ondes de choc, qui durent jusqu'à plusieurs jours et contiennent principalement des protons, avec des noyaux parfois plus lourds.

Malgré les vastes gammes de données fournies par les orbiteurs solaires, certaines questions fondamentales restent en suspens. Les scientifiques ne comprennent pas encore les mécanismes spécifiques derrière l'accélération des particules dans les éruptions solaires de courte et de longue durée. On ne sait pas non plus quel est le rôle de la reconnexion magnétique pour les particules lorsqu'elles accélèrent et quittent la couronne solaire, ou comment et d'où proviennent les populations de particules initiales avant d'accélérer sur les ondes d'impact. Pour répondre à ces questions, les chercheurs ont besoin de détecteurs de particules d'un nouveau type, ce qui sous-tendrait également les nouveaux protocoles de sécurité des vaisseaux spatiaux qui reconnaîtraient la vague initiale d'électrons comme un avertissement précoce du danger imminent de rayonnement de protons.

Une étude récente menée par une équipe de physiciens du MIPT et d'ailleurs rapporte la création d'un prototype de détecteur de particules de haute énergie. L'appareil se compose de plusieurs disques de polystyrène, connecté à des photodétecteurs. Lorsqu'une particule traverse le polystyrène, il perd une partie de son énergie cinétique et émet de la lumière, qui est enregistré par un photodétecteur au silicium en tant que signal pour une analyse informatique ultérieure.

Le chercheur principal du projet, Alexander Nozik, du laboratoire de méthodes de physique nucléaire du MIPT, a déclaré :« Le concept de détecteurs à scintillation plastique n'est pas nouveau, et de tels dispositifs sont omniprésents dans les expériences terrestres. Ce qui a permis les résultats notables que nous avons obtenus, c'est l'utilisation d'un détecteur segmenté avec nos propres méthodes de reconstruction mathématique."

Une partie du papier dans le Journal de l'instrumentation traite de l'optimisation de la géométrie du segment du détecteur. Le dilemme est que si des disques plus gros signifient plus de particules analysées à un moment donné, cela se fait au détriment du poids de l'instrument, rendant sa mise en orbite plus coûteuse. La résolution du disque diminue également à mesure que le diamètre augmente. Quant à l'épaisseur, des disques plus minces déterminent les énergies des protons et des électrons avec plus de précision, pourtant, un grand nombre de disques minces nécessite également davantage de photodétecteurs et une électronique plus volumineuse.

L'équipe s'est appuyée sur la modélisation informatique pour optimiser les paramètres de l'appareil, assembler éventuellement un prototype suffisamment petit pour être livré dans l'espace. L'appareil en forme de cylindre a un diamètre de 3 centimètres et une hauteur de 8 centimètres. Le détecteur se compose de 20 disques de polystyrène séparés, permettant une précision acceptable de plus de 5%. Le capteur a deux modes de fonctionnement :Il enregistre des particules individuelles dans un flux ne dépassant pas 100, 000 particules par seconde, passage à un mode intégré sous un rayonnement plus intense. Le deuxième mode utilise une technique spéciale pour analyser les données de distribution des particules, qui a été développé par les auteurs de l'étude et ne nécessite pas beaucoup de puissance de calcul.

"Notre appareil a très bien fonctionné lors des tests en laboratoire, " a déclaré le co-auteur de l'étude Egor Stadnichuk du laboratoire de méthodes de physique nucléaire MIPT. " La prochaine étape consiste à développer une nouvelle électronique qui conviendrait au fonctionnement des détecteurs dans l'espace. Nous allons également adapter la configuration du détecteur aux contraintes imposées par le vaisseau spatial. Cela signifie rendre l'appareil plus petit et plus léger, et incorporant un blindage latéral. Il est également prévu d'introduire une segmentation plus fine du détecteur. Cela permettrait des mesures précises des spectres d'électrons à environ 1 MeV."