لم يكن هناك أي بشر مقيدين في المقاعد الدلو للمركبة الفضائية أوريون في مهمة أرتميس 1. ولكن كان هناك عارضتان مجسمتان تم تصميمهما لتقليد العظام البشرية والأنسجة الرخوة، ولكنهما مزودتان أيضًا بمئات من أجهزة استشعار الإشعاع المنتشرة في جميع أنحاء الجسم كجزء من تجربة ماتروشكا أستروراد للإشعاع. تشير ورقة بحثية حديثة بقيادة باويل بيلسكي من معهد الفيزياء النووية التابع للأكاديمية البولندية للعلوم، ونشرت في مجلة قياسات الإشعاع، إلى نتائج تلك التجربة، بما في ذلك تشغيل نوع جديد من أجهزة مراقبة الإشعاع السلبي طويلة المدى المصنوعة من الليثيوم.
عند التعامل مع الإشعاع في الفضاء السحيق، يحتاج العلماء إلى فهم كميته ونوعيته الفيزيائية. يحتوي الإشعاع الكوني، وهو النوع الذي يتعرض له رواد الفضاء بمجرد مغادرة حدود المجال المغناطيسي للأرض، على مجموعة واسعة جدًا من النوى الذرية، بدءًا من بروتونات الهيدروجين المضغوطة وحتى أيونات الرصاص الثقيلة التي تنتقل بسرعة قريبة من سرعة الضوء.
يقيس علماء الأحياء الخطر المحتمل من هذه الجسيمات باستخدام مقياس يسمى نقل الطاقة الخطي – وهو في الأساس مقدار الطاقة الحركية التي يمكن لجسيم مشحون أن يودعها في المادة. ومن غير المستغرب أن تودع الأيونات الثقيلة الأكبر حجمًا كميات هائلة من الطاقة على مسافة قصيرة جدًا، مما يسبب دمارًا بيولوجيًا على طول الطريق.
يتحدث فريزر عن كيفية حماية رواد الفضاء من الإشعاع.
لقد كان تتبع تلك الأيونات الثقيلة في الفضاء السحيق مهمة أجهزة الكشف النووية البلاستيكية. تُصنع هذه الكاشفات الشفافة عادةً من بوليمرات مثل كربونات بولي أليل ديجليكول (المعروفة باسم CR-39)، وتُحدث تمزقات مادية عندما يخترقها شعاع كوني. عند نقله مرة أخرى إلى الأرض، يتعين على الباحثين غمر الكاشف في هيدروكسيد الصوديوم الساخن والكاوي لبضع ساعات لحفره. يؤدي هذا إلى إنشاء مخاريط وحفر مادية بدلاً من المسارات المحفورة في المادة والتي يمكن قياسها تحت المجهر القياسي. ولكن هذا يعني أيضًا أن قراءة الكاشف تدمرها، وتولد نفايات خطرة، وتتطلب عمالة متخصصة.
اعتقد الدكتور بيلسكي وزملاؤه أن بإمكانهم التوصل إلى بديل أفضل. لقد تحولوا إلى بلورات بحجم ملليمتر من فلوريد الليثيوم، والتي تُعرف بكاشفات المسار النووي الفلورية. بدلاً من إنشاء ثقوب مادية في البلاستيك، عندما تواجه الجزيئات البنية البلورية لملح فلوريد الليثيوم، فإنها تحرر بعض الإلكترونات، مما يجبر بنية الشبكة البلورية على التغيير. والأهم من ذلك، خلق عيب بصري دائم يسمى مركز الألوان.
عندما يتم عرض الليزر لاحقًا عبر البنية البلورية تحت المجهر، تتوهج مراكز الألوان بالضوء الأزرق على طول المسار الذي سلكه الجسيم. وهذا أمر منطقي بشكل بديهي، ولكن في الفضاء السحيق حيث يأتي الإشعاع من جميع الزوايا، يجعل من الصعب التمييز من أين تأتي أشعة معينة. يجب أن تركز المجاهر على عمق معين – ولكنها تتعرض أيضًا لنزيف خفيف من الطبقات الموجودة أسفل وفوق المستوى البؤري. وعليهم أيضًا التمييز بين الجسيمات التي تنتقل بشكل عمودي على السطح، والتي تظهر كنقاط ساطعة مفردة والجسيمات التي تزيلها ببساطة، تاركة خطًا أطول وأكثر خفوتًا.
يناقش فريزر وباميلا الإشعاع الفضائي ومدى ضرره على رواد الفضاء.
وللقيام بذلك، توصل الباحث إلى إطار رياضي لمحاولة إعادة بناء طيف الطاقة الكامل للإشعاع الذي تم تسليمه خلال التجربة. واستخدموا مجموعات من الصور المجهرية التي تم فصلها بميكرومتر واحد فقط، وتتبعوا المسارات عبر البنية البلورية بأكملها. بالنسبة لنطاقات نقل الطاقة المتوسطة، نجح هذا الأمر بشكل رائع، حيث تمكنوا من مطابقة أجهزة الكشف البلاستيكية التقليدية التي تم وضعها جنبًا إلى جنب على زوهار، إحدى عارضات الأزياء.
ولكن بالنسبة لعمليات نقل الطاقة العالية، كان هناك انفصال بين أجهزة الاستشعار الجديدة وأجهزة الاستشعار البلاستيكية التقليدية. بالغت أجهزة الاستشعار الأحدث في تقدير جرعة الإشعاع بحوالي 30%، ويشتبه الباحثون في أن هذا التناقض كان بسبب الفيزياء النووية لبلورة الفلورايد نفسها. في بعض الأحيان عندما يصطدم “نيوترون ثانوي” عالي الطاقة بنواة الليثيوم داخل الكاشف، فإنه يمكن أن يخرج ذرة الليثيوم عن محاذاة البنية البلورية. في هذه الحالة، يخلق هذا الارتداد مسارًا متوهجًا خاصًا به يمكن الخلط بينه وبين مسار إشعاعي. لمكافحة هذا، استخدم الباحثون سلسلة من بلورات الاختبار باستخدام الليثيوم-7، بهدف قمع تلك التفاعلات الثانوية. في الواقع، تجاهل الباحثون البيانات من كاشفات الليثيوم الطبيعية على وجه التحديد بسبب هذا التفاعل الثانوي، وعلى الرغم من أن الليثيوم-7 لا يوقف الاصطدامات، إلا أنه يقلل منها.
وعلى الرغم من تحديات المعايرة هذه، تمثل هذه الورقة قفزة إلى الأمام لقياس الجرعات الفضائية السلبية. وسيصبح ذلك ذا أهمية متزايدة مع توسعنا في الإقامات طويلة المدى على القمر وغيرها من مهمات الفضاء السحيق التي تحمل رائد فضاء بشريًا حقيقيًا وليس مجرد عارضة أزياء. يجب أن أعطي البلورات مثل تلك التي تم اختبارها على Artemis للجراحين فكرة أفضل عما يتعاملون معه عندما يكونون خارج نطاق الحماية للمجال المغناطيسي لفترات أطول من الوقت.
يتعلم أكثر:
IFJ PAN – Artemis I: بلورات أجهزة الكشف التجريبية تسجل جرعات الإشعاع بالقرب من القمر
P. Bilski وآخرون – تطبيق كاشفات المسار النووي الفلورسنت LiF لقياسات الإشعاع الكوني في المدار القمري ضمن تجربة MARE
UT – الإشعاع الفضائي يثير سلسلة بيولوجية من السرطان
UT – نحن نعلم مقدار الإشعاع الذي سيتلقاه رواد الفضاء، لكننا لا نعرف كيفية منعه
