Onderzoekers van MIPT hebben een prototype detector van zonnedeeltjes ontwikkeld. Het apparaat kan protonen opnemen met kinetische energieën tussen 10 en 100 megaelektronvolt, en elektronen op 1 ^-10 MeV. Dit dekt het grootste deel van de hoogenergetische deeltjesflux die van de zon komt. De nieuwe detector kan de stralingsbescherming voor astronauten en ruimteschepen verbeteren, evenals het bevorderen van ons begrip van zonnevlammen. De onderzoeksresultaten worden gerapporteerd in de Tijdschrift voor Instrumentatie .

Naarmate energie wordt omgezet van de ene vorm in de andere in de actieve gebieden van de zonneatmosfeer, stromen van deeltjes - of kosmische straling - worden geboren met energieën ruwweg tussen 0,01-1, 000 MeV. De meeste van deze deeltjes zijn elektronen en protonen, maar kernen van helium tot ijzer worden ook waargenomen, zij het in veel kleinere aantallen.

De huidige consensus is dat de deeltjesflux twee hoofdcomponenten heeft. Eerst, er zijn de smalle stromen van elektronen in korte uitbarstingen van tientallen minuten tot enkele uren. En dan zijn er de fakkels met brede schokgolven, die tot enkele dagen duren en meestal protonen bevatten, met af en toe wat zwaardere kernen.

Ondanks de enorme hoeveelheid gegevens die worden geleverd door zonne-orbiters, enkele fundamentele vragen blijven onopgelost. Wetenschappers begrijpen nog niet de specifieke mechanismen achter deeltjesversnelling in de kortere en langere zonnevlammen. Het is ook onduidelijk wat de rol is van magnetische herverbinding voor deeltjes wanneer ze versnellen en de zonnecorona verlaten, of hoe en waar de initiële deeltjespopulaties ontstaan ​​voordat ze versnellen op inslaggolven. Om deze vragen te beantwoorden, onderzoekers hebben deeltjesdetectoren nodig van een nieuw type, die ook ten grondslag zouden liggen aan nieuwe beveiligingsprotocollen voor ruimteschepen die de eerste golf van elektronen zouden herkennen als een vroege waarschuwing voor het dreigende gevaar van protonstraling.

Een recente studie door een team van natuurkundigen van MIPT en elders meldt de creatie van een prototype detector van hoogenergetische deeltjes. Het apparaat bestaat uit meerdere polystyreenschijven, aangesloten op fotodetectoren. Als een deeltje door polystyreen gaat, het verliest een deel van zijn kinetische energie en straalt licht uit, die door een siliciumfotodetector wordt geregistreerd als een signaal voor daaropvolgende computeranalyse.

De hoofdonderzoeker van het project, Alexander Nozik van het Nuclear Physics Methods Laboratory van MIPT, zei:"Het concept van plastic scintillatiedetectoren is niet nieuw, en dergelijke apparaten zijn alomtegenwoordig in op aarde gebaseerde experimenten. Wat de opmerkelijke resultaten mogelijk maakte, is het gebruik van een gesegmenteerde detector samen met onze eigen wiskundige reconstructiemethoden."

Een deel van het papier in de Tijdschrift voor Instrumentatie houdt zich bezig met het optimaliseren van de geometrie van het detectorsegment. Het dilemma is dat terwijl grotere schijven betekenen dat er meer deeltjes op een bepaald moment worden geanalyseerd, dit gaat ten koste van het gewicht van het instrument, waardoor de levering in een baan duurder. De schijfresolutie neemt ook af naarmate de diameter groter wordt. Wat betreft de dikte, dunnere schijven bepalen de proton- en elektronenenergie met meer precisie, toch vereist een groot aantal dunne schijven ook meer fotodetectoren en omvangrijkere elektronica.

Het team vertrouwde op computermodellering om de parameters van het apparaat te optimaliseren, uiteindelijk het samenstellen van een prototype dat klein genoeg is om in de ruimte te worden afgeleverd. Het cilindervormige apparaat heeft een diameter van 3 centimeter en is 8 centimeter hoog. De detector bestaat uit 20 losse polystyreen schijven, waardoor een acceptabele nauwkeurigheid van meer dan 5% mogelijk is. De sensor heeft twee werkingsmodi:hij registreert afzonderlijke deeltjes in een flux die niet groter is dan 100, 000 deeltjes per seconde, overschakelen naar een geïntegreerde modus onder meer intense straling. De tweede modus maakt gebruik van een speciale techniek voor het analyseren van deeltjesdistributiegegevens, die is ontwikkeld door de auteurs van de studie en niet veel rekenkracht vereist.

"Ons apparaat heeft heel goed gepresteerd in laboratoriumtests, "Zei co-auteur van de studie Egor Stadnichuk van het MIPT Nuclear Physics Methods Laboratory. "De volgende stap is het ontwikkelen van nieuwe elektronica die geschikt zou zijn voor detectorwerking in de ruimte. We gaan ook de configuratie van de detector aanpassen aan de beperkingen die het ruimteschip oplegt. Dat betekent dat het apparaat kleiner en lichter moet worden gemaakt, en het opnemen van zijdelingse afscherming. Er zijn ook plannen om een ​​fijnere segmentering van de detector in te voeren. Dit zou nauwkeurige metingen van elektronenspectra bij ongeveer 1 MeV mogelijk maken."