Wetenschappers hebben nieuwe inzichten verkregen in de kosmische straling rond de maan dankzij het gebruik van innovatieve lithiumfluoride-kristallen tijdens de Artemis I-missie. De resultaten bieden cruciale informatie over de risico's voor toekomstige astronauten die buiten het beschermende magnetische veld van de aarde reizen.
Tijdens de onbemande Artemis I-missie van NASA, die eind november en begin december 2022 rond de maan draaide, werden geavanceerde methoden ingezet om stralingsniveaus in kaart te brengen. Omdat er geen mensen aan boord waren van de Orion-capsule, maakten onderzoekers gebruik van twee antropomorfe mannequins. Deze menselijke modellen waren ontworpen om menselijk bot- en zacht weefsel na te bootsen en waren uitgerust met honderden stralingssensoren als onderdeel van het Matroshka AstroRad Radiation Experiment (MARE).
Innovatie met lithiumfluoride
Een centraal onderdeel van dit onderzoek was de inzet van experimentele fluorescentie-detectoren gemaakt van lithiumfluoride. Deze detectoren, ontwikkeld door het Henryk Niewodniczanski Instituut voor Kernfysica van de Poolse Academie van Wetenschappen (IFJ PAN) in Krakau, boden een alternatief voor traditionele methoden. Volgens berichtgeving van universetoday.com werken deze kristallen als passieve monitoren. Wanneer ioniserende straling door het kristalrooster van het lithiumfluoride-zout gaat, worden elektronen losgeslagen, wat leidt tot een blijvende optische onvolkomenheid, ook wel een 'kleurcentrum' genoemd.
In tegenstelling tot oudere plastic detectoren, die fysieke scheuren vertonen en na analyse met bijtende chemicaliën worden vernietigd, blijven deze kristallen intact. De informatie kan later in een laboratorium worden uitgelezen door een laser of blauw licht door het kristal te schijnen, waarop het materiaal een rode fluorescentie afgeeft die onder een microscoop kan worden geanalyseerd.
Bevindingen over kosmische straling
In totaal waren er meer dan 10.000 kleine kristallen in de mannequins geplaatst, waaronder enkele tientallen van de experimentele lithiumfluoride-varianten en bijna 600 conventionele thermoluminescente detectoren. De resultaten van dit onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Radiation Measurements.
Uit de analyse blijkt dat de stralingsblootstelling nabij de maan verschilt van die in een lage baan om de aarde (Low Earth Orbit), maar dat dit verschil minder dramatisch is dan wetenschappers aanvankelijk hadden verwacht. Zoals beschreven door dailygalaxy.com, bieden deze gegevens nieuwe inzichten in de gevaren waaraan astronauten worden blootgesteld wanneer zij de bescherming van het aardse magnetische veld verlaten.
Biologische impact en meetmethoden
De noodzaak voor dit type onderzoek komt voort uit de variatie in kosmische straling, die varieert van lichte waterstofprotonen tot zware loodionen die bijna met de lichtsnelheid bewegen. Biologen gebruiken hiervoor de maatstaf 'linear energy transfer' om te bepalen hoeveel kinetische energie een geladen deeltje in materie kan afzetten. Zware ionen kunnen over een zeer korte afstand enorme hoeveelheden energie afgeven, wat biologisch gezien zeer schadelijk is.
Volgens een publicatie op bioengineer.org stelt professor Paweł Bilski van het IFJ PAN dat deze passieve detectoren in feite werken zoals fotografische film: de sporen van individuele deeltjes worden vastgelegd en pas achteraf optisch geanalyseerd.
De inzet van deze technologie tijdens de Artemis I-missie stelt onderzoekers in staat om nauwkeuriger te schatten welke doses straling astronauten zullen ontvangen tijdens toekomstige maanmissies. De resultaten, zoals ook vermeld door brightsurf.com, vormen een essentiële stap in het waarborgen van de veiligheid van menselijke bemanningen in de diepe ruimte.