НИЯУ МИФИ и, в частности, кафедра прикладной ядерной физики (№24) внесли значительный вклад в российскую космическую программу. Именно в нашем университете были созданы детекторы, позволившие оценить присутствие нейтронов высоких энергий на орбитальных станциях.
Орбитальная станция "Салют-7"
Человек вышел в космос, и сразу началось изучение радиационной обстановки на спутнике, на борту орбитальной станции. Все пространство Вселенной пронизано космическими лучами, состоящими преимущественно из стабильных протонов. Значит, надо изучать и защищаться от протонов и гамма-лучей? Но не все так просто: в космическом пространстве есть свободные нейтроны - они прилетают от Солнца, и на борту любой орбитальной станции можно обнаружитьь нейтроны высоких энергий! Сколько их? К тому же сама орбитальная станция - это тонны тяжелых материалов. Под воздействием галактических космических лучей в материалах станции идут ядерные реакции и рождаются нейтроны… Сколько их? Как влияют нейтроны на общий вклад в радиационную дозу космонавта, находящегося на стации? На эти и другие вопросы по нейтронам на борту орбитальной станции должны были ответить эксперименты на борту советских станций и потом на борту МКС. МИФИ, и, в частности, кафедра прикладной ядерной физики (№24) активно разрабатывали аппаратуру для разных космических экспериментов, и, в частности, для экспериментов по нейтронной дозиметрии на борту орбитальной станции.
Преподаватели, инженеры и конечно же увлеченные космическими задачами студенты кафедры 24 подготовили, испытали оборудование для изучения полей нейтронов на борту станции «Салют-7».
Аспиранты кафедры 24 с опытной моделью всенаправленного детектора нейтронов.1980-е.
В качестве поглощающего нейтроны элемента было предложено использовать сам корпус станции. Такой детектор определял откуда прилетели нейтроны на станцию (или родились непосредственно в корпусе станции).
В 90-ые годы начинается эра планирования дальних перелётов, лунных станций и соответственно обеспечения радиационной безопасности космических экипажей. В начале измерений предполагалось, что нейтроны не внесут существенного вклада в дозу космонавтов, которые находятся внутри станции. Но эксперимент все- таки нужно было провести. Потоки и спектр нейтронов перед экспериментом были смоделированы учёными из МИФИ. Эксперимент длительный, желательно детекторами небольшой массы (на грузовом корабле в космос и обратно!), и не требующими специальных сложных систем питания и управления.
Выбор остался за активационными небольшими трековыми детекторами на основе фольги с нанесением тончайшего слоя делящихся под нейтронами веществами. Измерения на борту станции для усреднения проводились несколько лет
Студент С. Ярохно готовит на испытания опытный образец детектора на основе фольги, 1990-е годы.
Детекторы были изготовлены, испытаны и отправлены на станцию Мир в 1990 году. На скане поздравительной телеграммы из НПО «Энергия» сообщение о успешном запуске грузового корабля с нашими детекторами. По результатам эксперимента плотность потока на борту станции МИР составила в среднем 5, 21 нейтрон на квадратный сантиметр в секунду. Более 95% процентов нейтронов имели энергию меньше 18 МэВ, спектр нейтронов соответствовал спектру вторичных нейтронов. Вклад нейтронов в радиационную дозу, получаемую экипажем космонавтов, была оценена в 20-30%.
Результаты, полученные на станции МИР были позже подтверждены экспериментами на МКС в российском сегменте с помощью канадских детекторов в эксперименте «Матрешка».
Одной из непростых задач в дозиметрии нейтронов остается регистрация и учет вклада в дозу от быстрых нейтронов, с энергиями более 20-50 МэВ. Потоки таких нейтронов нестабильны и измерения надо проводить в непрерывном онлайн-режиме. Современные технологии спектрометрии нейтронов с помощью органических сцинтилляторов и цифрового разделения сигнала нейтронов и гамма могут решить такую задачу .
Кафедра прикладной ядерной физики активно развивает технологии спектрометрии и дозиметрии быстрых нейтронов на земле, но мы надеемся, что проектируемая российская орбитальная станция так же будет оснащена дозиметрами нейтронов, которые будут разработаны и испытаны в НИЯУ МИФИ.
Инженер Евгений Лупарь тестирует новый спектрометр- дозиметр на органическом сцинтилляторе
