Le détecteur et l'électronique d'un nouveau spectromètre à neutrons qui est testé dans l'espace pour surveiller le rayonnement pour les futures missions spatiales habitées de la NASA ont été construits et testés au National Space Science and Technology Center (NSSTC) de l'Université de l'Alabama à Huntsville (UAH).

Le spectromètre à neutrons rapides (FNS) est maintenant à bord de la Station spatiale internationale.

Les neutrons contribuent à l'exposition aux rayonnements de l'équipage et doivent être mesurés pour évaluer les niveaux d'exposition. Le FNS, développé par le Marshall Space Flight Center (MSFC) et le Johnson Space Center (JSC) de la NASA, utilise une nouvelle conception d'instrument qui peut améliorer considérablement la fiabilité de l'identification des neutrons dans le champ de rayonnement mixte trouvé dans l'espace lointain. L'enquêteur principal et chef d'équipe de MSFC est Mark Christl. Le chef de projet de la NASA JSC est Catherine Mcleod et le responsable technique est Eddie Semones de la NASA JSC.

"Notre technique améliore la méthode bien établie "capture-gated" qui utilise des scintillateurs en plastique chargés de bore-10 pour mesurer l'énergie des neutrons rapides, " dit Evgeny Kuznetsov, ingénieur de recherche au Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR) de l'UAH, qui, avec le chercheur du CSPAR, John Watts, a travaillé sur l'appareil. "L'élément central de FNS est un scintillateur composite personnalisé combiné à une électronique spécialisée qui fonctionne ensemble pour séparer clairement les signaux dus aux neutrons des signaux dus à d'autres formes de rayonnement."

Le FNS est déployé sur l'ISS pendant six mois pour effectuer une démonstration technologique afin d'évaluer ses performances dans un environnement spatial. Il restera alors indéfiniment à remplir des objectifs secondaires.

"Le détecteur central FNS a été fabriqué dans le laboratoire du NSSTC et comprend une structure de 5, 000 fibres de verre scintillantes dopées Li6 sensibles aux neutrons régulièrement espacées coulées dans un scintillateur plastique d'un litre, " dit Kouznetsov.

En combinaison avec des paramètres spécialement ajustés de l'électronique de lecture, la conception permet au détecteur de mesurer le spectre des neutrons dans un environnement de rayonnement mixte.

"La lumière de scintillation produite dans ces deux scintillateurs est distincte, et nous exploitons cette différence pour mieux comprendre les signaux générés en réponse aux neutrons, " dit Watts. " Le scintillateur plastique réagit au neutron perdant toute son énergie, et les fibres de verre fournissent une identification positive qu'un neutron a été capturé. Cette séquence de signaux produit un déclencheur dans l'électronique, et les données sont enregistrées pour analyse."

Chez UAH, Watts a fait des simulations des performances du détecteur et des simulations de l'efficacité de rejet gamma. Kuznetsov a conçu des cartes électroniques frontales, qui acquièrent des signaux de tubes photomultiplicateurs fixés aux côtés opposés du détecteur central. Ces cartes électroniques amplifient et conditionnent les signaux acquis pour obtenir une efficacité optimale de détection des neutrons et la mesure de l'énergie des neutrons enregistrés. Kuznetsov a également participé à la fabrication du détecteur central.

Les données acquises pendant le vol du FNS sur l'ISS seront utilisées pour évaluer les performances de la technique de mesure des neutrons ainsi que la capacité du FNS à fonctionner dans l'environnement spatial.

"Cette validation est essentielle pour s'assurer que le FNS peut répondre aux exigences de surveillance des rayonnements pour l'environnement de l'espace lointain pendant les missions d'exploration habitées, ", explique Kuznetsov. "Les données recueillies par le FNS seront analysées et comparées aux mesures effectuées par d'autres techniques et aux calculs du flux de neutrons prédits par les modèles de l'ISS dans l'environnement de l'orbite terrestre basse."