Onderzoek naar kristalgroei in microzwaartekracht was een van de eerste onderzoeken aan boord van het internationale ruimtestation en wordt tot op de dag van vandaag voortgezet. De unieke microzwaartekrachtomgeving van de ruimte biedt een ideale omgeving voor het produceren van kristallen die perfecter zijn dan hun op het land gekweekte tegenhangers. De kristalgroei van Cs2LiYCl6:Ce-scintillatoren in microzwaartekracht (CLYC-kristalgroei), een Center for the Advancement of Science in Space (CASIS) gesponsord onderzoek, zal de potentiële voordelen bestuderen van het kweken van het CYLC-kristal in microzwaartekracht.

Het CLYC-kristal is een speciaal soort meercomponentenkristalsysteem dat wordt gebruikt om scintillatorstralingsdetectoren te maken, een apparaat dat gevoelig is voor zowel gammastraling als neutronen.

"Het is een spectroscopisch kristal, wat betekent, met behulp van dit kristal, we kunnen de aanwezigheid en intensiteit van straling detecteren, en identificeren welke isotopen straling uitzenden door de energie te meten, " zei Dr. Alexei Churilov, hoofdonderzoeker en senior wetenschapper bij Radiation Monitoring Devices Inc. (RMD).

Het CLYC-kristal wordt geproduceerd als een commercieel product door RMD en wordt grotendeels gebruikt om zowel schadelijke als onschadelijke stralingsniveaus te detecteren en te onderscheiden. De belangrijkste toepassing van het kristal is binnenlandse veiligheid als een methode om gesmokkeld nucleair materiaal te detecteren, maar kan ook worden gebruikt voor olie- en gasexploratie, medische beeldvorming, deeltjes- en ruimtefysica en wetenschappelijke instrumenten.

Echter, de op aarde gegroeide kristallen vertonen gebreken zoals scheuren, korrelgrenzen en insluitsels, incidenten die wetenschappers zoals Churilov hopen te elimineren door de microzwaartekrachtomgeving van het ruimtestation te gebruiken als groeihabitat.

Onderzoek heeft uitgewezen dat veel, hoewel niet allemaal, kristallen profiteren van groei in microzwaartekracht. Hoewel de redenering achter dit fenomeen nog wordt onderzocht, onderzoek wijst op het ontbreken van door drijfvermogen veroorzaakte convectie, die het transport van moleculen in het kristal beïnvloedt.

"Ons uiteindelijke doel is om de groei van CLYC in microzwaartekracht te bestuderen zonder de interferentie van convectie en om de productie van het kristal op aarde te verbeteren, ' zei Churilov.

Het onderzoek voor het CLYC Crystal Growth-onderzoek zal worden uitgevoerd binnen de Solidification Using a Baffle in Sealed Ampoules Furnaces and Inserts (SUBSA Furnaces and Inserts). SUBSA helpt onderzoekers om meer inzicht te krijgen in de processen die betrokken zijn bij de groei van halfgeleiderkristallen. Het biedt een gradiëntvriesoven voor materiaalwetenschappelijk onderzoek. SUBSA werd oorspronkelijk gebruikt aan boord van het ruimtestation in 2002, de SUBSA-hardware is gemoderniseerd en bijgewerkt met data-acquisitie, video- en communicatie-interfaces met hoge resolutie.

Tijdens het onderzoek, vier kristalgroeiruns zullen worden uitgevoerd aan boord van het ruimtestation en vervolgens in de SUBSA-ovens op de grond, onderzoekers inzicht geven in het effect van de zwaartekracht op hun groei. Zodra het onderzoek is afgerond, de in de ruimte gekweekte kristallen zullen worden vergeleken met hun tegenhangers op aarde en worden getest op onvolkomenheden en effectiviteit als stralingsdetectoren.

Hoewel microzwaartekracht niet kan worden nagebootst of gereproduceerd op de grond, resultaten van het onderzoek zullen informatie verschaffen over welke kristalmethoden op aarde moeten worden gebruikt, hoe het ontwerp van ampul en oven te verbeteren en welke kristalgroeiparameters moeten worden gewijzigd om een ​​perfecter kristallisatieproces na te streven.

Hoewel het totale gewicht van het CLYC Crystal Growth-onderzoek klein is, slechts een paar kilo samen met verpakking, de voordelen kunnen enorm zijn, aangezien de gegevens die tijdens het onderzoek worden verzameld, onmiddellijk zullen worden gebruikt bij de productie van CLYC-kristallen.