211service.com
Bärbara strålningsdetektorer i palmstorlek
Forskare vid National Space Biomedical Research Institute ( NSBRI ) och U.S. Naval Academy ( LÄPP ) har utvecklat en ny strålningsdetektor som ska användas under rymduppdrag, särskilt de till månen och Mars, där energinivåerna är farliga och ungefärliga doser uppskattas. Enheten, som kallas en mikrodosimeter, är liten och har låg effekt, och den kan mäta atmosfäriska strålningsnivåer i realtid.
Utsatt för strålning : Mikrodosimeterinstrumentet består av en sensor som består av små celler, var och en kallas en endiodsdetektor, som mäter 10 gånger 10 gånger 2 mikron – storleken på en röd blodkropp. Cellerna mäter strålningsnivån i atmosfären med mängden små energipartiklar som deponeras i varje cell. Data de samlar in kan registreras och bedömas i realtid.
Vi tar verkligen befintlig teknik och pressar den till nya gränser så att vi kan tillämpa den där den aldrig riktigt har tillämpats tidigare, säger Vince Pisacane, forskare på NSBRI Technology Development Team, professor i flygteknik vid USNA, och huvudutredaren om detta projekt . Genom att använda en kiselenhet av sitt eget team som en grundläggande sensor, hoppas Pisacane kunna uppnå den typ av noggrannhet som behövs för att göra uppskattningar av strålningsexponeringen av människor i rymden. Det är verkligen avgörande [för människors hälsa att] det är så exakt som möjligt, säger han.
Sedan Apollo uppdrag, NASA har flugit en mängd olika strålningsdetektorer på varje uppdrag; de flesta av dessa detektorer har varit baserade på en maskinvara: en dosimeter. Denna enhet, fortfarande det mest exakta instrumentet som används av människor som regelbundet utsätts för strålning i sitt arbete, mäter den totala ackumulerade mängden strålningsexponering och kan ta formen av ett märke, ett rör i pennstorlek eller en digital avläsning. Men enheten, även om den är mycket hållbar och bärbar, ger mätningar av strålningsexponering först i efterhand, så de stråldoser som astronauter får i rymden är inte kända förrän de återvänder till jorden.
I den mån rymdutforskning involverar bemannade uppdrag är behovet av bättre strålningsdetektering akut. På bara en dag eller två på månens yta kan astronauter ta emot upp till 600 gånger den mängd strålning en människa på jorden får på ett år, förklarar Ann Kennedy , Richard Chamberlain professor i forskningsonkologi och professor vid avdelningen för strålningsonkologi, University of Pennsylvania School of Medicine. Mest oroande är en solutbrott eller solpartikelhändelse som kan inträffa utan förvarning från solen som sänder ut partiklar med hög volym, vilket leder till höga doser för astronauter, förklarar hon. Effekterna av exponering för extrem strålning kan vara allvarliga: kräkningar, erytem (rodnad i huden), cancer, leukemi och till och med dödsfall.
För att bygga ett verktyg som kan hjälpa astronauter att undvika sådana effekter, använde Pisacanes team den centrala idén med en dosimeter – det vill säga att mäta den totala mängden strålningsexponering – men den mäter inte bara den kumulativa mängden strålning som kroppen tar emot: det är också mäta den ackumulerade mängden som varje cell i kroppen tar emot. Genom att studera strålning i mikroskopisk skala hoppas forskarna bättre förstå de cellulära effekterna av strålning.
Mikrodosimetern, som är ungefär lika stor som ett paket cigaretter, innehåller en rad celler gjorda av kisel, var och en vanligen lika stor som en röd blodkropp och arrangerad på en elektronisk tavla som rutor på en schackbräde. Varje cell registrerar kontinuerligt mängden små energipartiklar som avsätts. Vissa partiklar kommer att avsätta mer energi och andra typer än andra. Genom att titta på dessa data kan forskare skapa ett energispektrum som gör det möjligt för dem att mäta omfånget av energier och de värden som kan deponeras i människokroppen.
Dessutom är systemet vad Pisacane kallar aktivt och kan ta realtidsmätningar av strålningsnivåer, varna astronauter omedelbart om de är i riskzonen. Rymddräkter och rymdfarkoster utrustade med mikrodosimetersensorer kan hjälpa astronauter att vidta skyddsåtgärder vid början av förstärkt strålning.
Men innan enheten är redo för bemannade uppdrag kommer den att testas på ett flertal satelliter under cirka fem år. Pisacane hoppas att enheten – som drivs av AA-batterier och redan använder bara en watt ström när den kontinuerligt samlar in data – kommer att bli ännu mindre för varje resa och använda mindre ström med ökad tillförlitlighet. Mikrodosimetern kommer att göra sin första resa till rymden den 8 mars, då den kommer att gå upp på STP-1, bärraketen, som ett experiment på MidSTAR satellit byggd av USNA. Satelliten kommer att innehålla tre mikrodosimetersensorer, en utanför och två inuti, varav en kommer att vara belagd med polyeten, ett ämne vars permeabilitet liknar den för mänsklig vävnad, och därmed kan simulera effekterna av strålning på människokroppen. Alla tre sensorerna kommer att kopplas till en elektronisk utgångsmodul som kommer att samla in och lagra data för överföring till marken.
Den centrala utmaningen med att skapa en av dessa enheter är att göra den korrekt. Det finns många element som spelar in för att få det att fungera, säger Pisacane, och allt detta måste designas, delar måste tillverkas, vi måste identifiera elektriska komponenter och få dem på tavlan – vissa av dem är så små att du kan knappt se dem.
Faktum är att de saker du måste göra för att utveckla mycket små enheter med låg massa och låg strömförbrukning för rymdflyg är exceptionellt knepiga, förklarar Cary Zeitlin, en personalforskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory och tidigare huvudutredare av Martian Radiation Environment Experiment ( MARIE ). MARIE-projektet, som finansierades av NASA, byggde ett partikelteleskop för att mäta strålningsnivåer på Mars och skickades ombord på Odyssey för testning 2001. Även om tekniken led av hårdvaruproblem efter en stor solhändelse kunde den samla in doseringsinformation och var ett första steg i upptäcktsarbetet på Mars. Pisacanes grupp gör en variation på standardtypen av dosimeter, och det är ett nytt sätt att mäta stråldoser som jag tror är en ny applikation, säger Zeitlin.
Även om mikrodosimetern är extremt viktig för bemannade rymduppdrag, är den tänkt att ha jordbaserade applikationer också. Det kan hjälpa människor som arbetar med kärnkraft, med kärnföreningar, i medicinska och industriella tillämpningar och inom de områden där det är viktigt att känna till strålningsnivåerna, säger Jay Buckey , teamledare för NSBRI Technology Development Team och professor i medicin vid Dartmouth Medical School. Den här tekniken är ett utmärkt och mycket värdefullt sätt att spåra strålningsexponering och en förbättring av det vi har nu, säger han.