NASA-wetenschappers die straling op grote hoogte bestuderen, hebben onlangs nieuwe resultaten gepubliceerd over de effecten van kosmische straling in onze atmosfeer. Hun onderzoek zal helpen bij het verbeteren van realtime stralingsmonitoring voor bemanning en passagiers in de luchtvaartindustrie die werken in omgevingen met potentieel hogere straling.

Stel je voor dat je in een vliegtuig zit. Cruisen door de stratosfeer op 36, 000 voet, je bent ver boven de wolken en vogels, en inderdaad, veel van de sfeer. Maar, ondanks zijn uiterlijk, deze regio is verre van leeg.

Net boven je, hoogenergetische deeltjes, kosmische straling genoemd, vanuit de ruimte inzoomen. Deze snelle deeltjes botsen wild tegen moleculen in de atmosfeer, veroorzaakt een kettingreactie van deeltjesverval. Hoewel we op de grond grotendeels beschermd zijn tegen deze straling, in de dunne atmosfeer van de stratosfeer, deze deeltjes kunnen zowel mensen als elektronica beïnvloeden.

Gelanceerd in september 2015 in de buurt van Fort Sumner, New Mexico, NASA's stralingsdosimetrie-experiment, of RaD-X, gebruikte een gigantische met helium gevulde ballon om instrumenten de stratosfeer in te sturen om kosmische straling afkomstig van de zon en de interstellaire ruimte te meten. De resultaten, gepresenteerd in een speciale uitgave van de Ruimteweer journaal , toon enkele van de eerste metingen in hun soort op hoogtes vanaf 26, 000 tot meer dan 120, 000 voet boven de aarde.

"De maten, Voor de eerste keer, werden genomen op zeven verschillende hoogten, waar de fysica van dosimetrie heel anders is, zei Chris Mertens, hoofdonderzoeker van de RaD-X-missie bij NASA's Langley Research Center in Hampton, Virginia. "Door de metingen op deze zeven hoogten te hebben, kunnen we echt testen hoe goed onze modellen de fysica van kosmische straling vastleggen."

Kosmische straling wordt veroorzaakt door hoogenergetische deeltjes die voortdurend vanuit de ruimte naar beneden stromen. De meeste van deze energetische deeltjes komen van buiten het zonnestelsel, hoewel de zon een belangrijke bron is tijdens zonnestormen.

Magnetosfeer van de aarde, dat fungeert als een gigantisch magnetisch schild, blokkeert de meeste straling om ooit de planeet te bereiken. Deeltjes met voldoende energie, echter, kan zowel de magnetosfeer als de atmosfeer van de aarde binnendringen, waar ze botsen met moleculen stikstof en zuurstof. Deze botsingen zorgen ervoor dat de hoogenergetische deeltjes vervallen in verschillende deeltjes via processen die bekend staan ​​als nucleonische en elektromagnetische cascades.

Als je de deeltjes vanuit het vliegtuigraam zou kunnen zien, je zou merken dat ze zich clusteren in een gebied boven het vliegtuig. De dichtheid van de atmosfeer zorgt ervoor dat het verval voornamelijk plaatsvindt op een hoogte van 60, 000 voet, die een geconcentreerde laag stralingsdeeltjes creëert die bekend staat als het Pfotzer-maximum.

Straling in de atmosfeer kan op twee manieren worden gemeten:door hoeveel aanwezig is of door hoeveel het biologisch weefsel kan beschadigen. Dit laatste staat bekend als het dosisequivalent en is de maatstaf voor het kwantificeren van gezondheidsrisico's. Deze hoeveelheid is notoir moeilijk te meten, omdat het vereist dat je zowel het type als de energie kent van het deeltje dat de straling heeft afgezet, niet alleen hoeveel deeltjes er zijn.

Deze deeltjes, zowel de primaire hoogenergetische deeltjes als de secundaire vervaldeeltjes, kan nadelige gevolgen hebben voor de gezondheid van mensen. Kosmische straling breekt DNA af en produceert vrije radicalen, die celfuncties kunnen veranderen.

De RaD-X-missie deed metingen op grote hoogte, waarvan er maar weinig bestonden, om beter te begrijpen hoe kosmische straling door de atmosfeer van de aarde beweegt. Meten van dosisequivalenttempo over een reeks hoogtes, ze vonden een gestage toename van de snelheid hoger in de atmosfeer, een bevinding die schijnbaar in strijd is met de concentratie van deeltjes bij het Pfotzer-maximum. Dit kan worden verklaard door het complexe samenspel van primaire en secundaire deeltjes op deze hoogten, omdat de primaire deeltjes die hoger worden gevonden een veel schadelijker effect hebben op het weefsel dan de secundaire deeltjes.

Vanwege hun tijd doorgebracht in de bovenste atmosfeer van de aarde, vliegtuigbemanningen in de luchtvaartindustrie worden blootgesteld aan bijna het dubbele van de stralingsniveaus van personen op de grond. Blootstelling aan kosmische straling is ook een punt van zorg voor de bemanning aan boord van het internationale ruimtestation en toekomstige astronauten die naar Mars reizen. die een stralingsomgeving heeft die lijkt op de bovenste atmosfeer van de aarde. Leren hoe mensen te beschermen tegen blootstelling aan straling is een belangrijke stap in toekomstige ruimteverkenning.

De resultaten van RaD-X zullen worden gebruikt om ruimteweermodellen te verbeteren, zoals de Nowcast van atmosferische ioniserende straling voor luchtvaartveiligheid, of NAIRAS, model, die stralingsgebeurtenissen voorspelt. Deze voorspellingen worden gebruikt door commerciële piloten om te weten wanneer en waar stralingsniveaus onveilig zijn, het toestaan ​​van omleiding van vliegtuigen in de getroffen regio indien nodig.

Terwijl ballonvluchten zoals RaD-X essentieel zijn voor het modelleren van de stralingsomgeving, ze kunnen geen realtime stralingsbewaking bieden, die NAIRAS nodig heeft voor prognoses. NASA's Automated Radiation Measurements for Aerospace Safety-programma werkt samen met RaD-X om instrumenten te ontwikkelen en te testen die aan boord van commerciële vliegtuigen kunnen worden gevlogen voor realtime monitoring op grote hoogte.

Momenteel, een instrument genaamd TEPC - een afkorting voor tissue equivalent proportionele teller - is het standaardinstrument voor het meten van kosmische straling. Dit instrument is groot, duur en kan niet commercieel worden gebouwd - waardoor het minder dan ideaal is voor grootschalige distributie.

"We hebben kleine, compact, solid-state instrumenten gekalibreerd tegen de TEPC die de dosisequivalenten betrouwbaar kunnen meten en goedkoop en compact in vliegtuigen kunnen worden geïntegreerd, ' zei Mertens.

De vluchtmissie testte twee nieuwe instrumenten - de RaySure-detector en de Teledyne TID-detector - in de hoop dat ze in de toekomst op commerciële vliegtuigen kunnen worden geïnstalleerd. Deze nieuwe instrumenten bieden het voordeel dat ze compact en gemakkelijk te produceren zijn. Tijdens het testen van RaD-X-missies, beide instrumenten bleken veelbelovende kandidaten voor toekomstige real-time, monitoring ter plaatse.