Tàu vũ trụ Orion đang mang theo sứ mệnh Artemis I, một phần của thí nghiệm MARE và hai “Phantom” hình dạng con người được trang bị nhiều máy dò tia vũ trụ. Thông tin được thu thập bởi các máy dò sẽ lần đầu tiên xác minh vấn đề quan trọng về sự hiện diện của con người trong không gian chịu tác động của tia vũ trụ đối với sức khỏe khi sống và làm việc trong môi trường không có tác dụng bảo vệ của từ khí quyển Trái đất.
Trong vô số mối nguy hiểm rình rập đối với các phi hành gia khi thực hiện du hành vũ trụ với thời gian dài, những mối nguy hiểm nghiêm trọng nhất và đồng thời khó loại bỏ nhất là tiếp xúc với bức xạ vũ trụ. Dữ liệu được thu thập trong thí nghiệm MARE (Thí nghiệm bức xạ MATROSHKA AstroRad) sẽ giúp đảm bảo an toàn cho những phi hành gia tiên phong du hành trong không gian sâu trong tương lai. Là một phần của MARE, hai phantom (hình nộm thử nghiệm va chạm công nghệ cao) hình dạng con người được trang bị nhiều máy dò bức xạ vũ trụ đã được đặt trên tàu vũ trụ Orion cho sứ mệnh Artemis I. Điều phối viên của dự án MARE, Viện Vật lý Hạt nhân thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Ba Lan (IFJ PAN) tại Cracow, Giáo sư Pawel Bilski (IFJ PAN) đang tham gia thí nghiệm cho biết: “MARE là sự tiếp nối của loạt thí nghiệm được thực hiện trên Trạm vũ trụ quốc tế từ năm 2004 đến năm 2009, một phần của dự án MATROSHKA, mà chúng tôi tham gia. Trước đó, dữ liệu về liều bức xạ nhất thiết phải được thu thập ở quỹ đạo thấp của Trái đất. Bây giờ, nhờ sứ mệnh Artemis I của NASA, phantom hình người được trang bị đầy đủ các máy dò bức xạ lần đầu tiên đã vượt ra ngoài phạm vi bảo vệ của bầu khí quyển và từ quyển Trái đất”. (Tham gia các khóa học an toàn bức xạ để có kiến thức cơ bản với bức xạ tại : https://ae-radioactive.com/lich-dao-tao-an-toan-buc-xa-nam-2019/)
ZOHAR (mặc áo bảo hộ) và các Phantom HELGA bên trong tàu vũ trụ Orion (Nguồn: NASA / Frank Michaux)
Bức xạ vũ trụ mà các phi hành gia du hành không gian những khoảng cách rất xa từ Trái đất sẽ phải tiếp xúc có bản chất cực kỳ phức tạp. Thành phần thiên hà của nó đến từ không gian sâu và chứa tất cả các loại hạt, hạt nhân nguyên tử xuất hiện tự nhiên với dải năng lượng rất rộng, thường vượt xa các giá trị gặp phải trong điều kiện Trái đất. Một nguồn hạt năng lượng cao khác, trong hệ hành tinh của chúng ta, là các vụ phun trào trên Mặt trời, không thường xuyên nhưng có nguy hại nghiêm trọng đối với sức khỏe và thậm chí cả tính mạng của các phi hành gia. Ngoài ra, các hạt trong gió mặt trời liên tục tích tụ xung quanh Trái đất trong hai khu vực hình bánh rán của từ quyển gọi là vành đai Van Allen. Mặc dù những vành đai này nằm ở độ cao chỉ vài nghìn km nhưng phải đi qua hai lần trong bất kỳ chuyến bay nào của phi hành đoàn.
Lắp đặt máy dò nhiệt phát quang thụ động trong phantom (Nguồn: DLR)
Mục tiêu chính của NASA trong sứ mệnh Artemis I là thử nghiệm tàu vũ trụ có phi hành đoàn Orion trong chuyến bay vòng quanh mặt trăng không có người lái. Việc thiếu phi hành gia được quyết định để xác minh hiểu biết hiện tại về tác động của bức xạ vũ trụ lên cơ thể con người. Kết quả là hai phantom tên là HELGA và ZOHAR, mỗi phantom nặng 39 kg, được đặt bên trong Orion. Phantom ZOHAR mặc áo bảo hộ AstroRad, do công ty StemRad của Israel sản xuất. Để có được thông tin về liều lượng bức xạ vũ trụ được hấp thụ bởi các bộ phận khác nhau của cơ thể con người, các bộ máy dò bức xạ lithium fluoride nhỏ, thụ động được đặt cứ 03 cm trên khắp các phantom (một dạng liều kế cá nhân để ghi đo lượng bức xạ vào người tại: https://ae-radioactive.com/cung-cap-va-theo-doi-lieu-ke-ca-nhan/). Ngoài ra, máy dò silicon cũng được lắp đặt tại các vị trí quan trọng. Tổng cộng, hơn mười nghìn máy dò thụ động và 34 máy dò hoạt động đã được đặt trong cả hai phantom. Đóng góp của Viện IFJ PAN cho thí nghiệm MARE chủ yếu là 276 máy dò phát quang nhiệt thụ động trong phantom ZOHAR và 288 máy dò khác trong 12 gói đo trên bề mặt của cả hai phantom. Những máy dò này ở dạng viên trắng mỏng có đường kính vài mm.
Vật liệu chính được sử dụng để sản xuất máy dò từ IFJ PAN là lithium fluoride được làm giàu bằng các phụ gia được lựa chọn cẩn thận. Điều này giúp các mức năng lượng siêu bền bổ sung xuất hiện trong vật liệu. Khi các hạt tia vũ trụ đi qua vật liệu, quá trình ion hóa các nguyên tử sẽ xảy ra. Một số electron bị đánh bật ra sau đó kết thúc ở mức độ siêu bền nơi chúng có thể tồn tại trong nhiều tháng, như thể ở trong bẫy. Điều quan trọng nhất là càng có nhiều hạt tia vũ trụ đi qua máy dò thì càng có nhiều electron bị giữ lại.
Sứ mệnh Artemis I được sử dụng để thu thập dữ liệu về sự tương tác của các tia vũ trụ với cơ thể con người bên ngoài lá chắn bảo vệ của từ quyển Trái đất (Nguồn: NASA)
Liều bức xạ được máy dò lithium florua ghi lại có thể đọc được nhờ hiện tượng nhiệt phát quang. Trong phòng thí nghiệm, từng máy dò được làm nóng dần dần đến nhiệt độ vài trăm độ C. Năng lượng được cung cấp làm cho các electron bắt đầu nhảy ra khỏi các bẫy năng lượng liên tiếp siêu bền. Một số chúng nhanh chóng kết hợp lại, kèm theo sự phát xạ photon. Kết quả là tạo ra ánh sáng rực, được các nhà vật lý gọi là nhiệt phát quang. Các máy dò lithium florua hoạt động theo cách mà lượng ánh sáng phát ra khi chúng được làm nóng tỷ lệ thuận với liều lượng từ các hạt tia vũ trụ đã tương tác với vật liệu. Do đó, việc đọc dữ liệu là tin cậy và tương đối đơn giản. Điều này là do các bẫy khác nhau trong vật liệu có các đặc tính khác nhau và trống rỗng ở các nhiệt độ khác nhau. Các phép đo trong thí nghiệm MARE chủ yếu nhằm mục đích xác minh hiểu biết hiện có về tác động của bức xạ vũ trụ lên cơ thể con người. Ưu tiên là giảm thiểu rủi ro cho các phi hành gia, nhưng nghiên cứu này cũng mang khía cạnh hoàn toàn thực tế. Điều này là do mục đích là đảm bảo rằng các tiêu chuẩn an toàn không hạn chế hoạt động của con người trong không gian. Nếu sự trở lại của tàu vũ trụ Orion của sứ mệnh Artemis I thành công, các máy dò từ bóng ma ZOHAR và HELGA sẽ quay trở lại IFJ PAN để đọc dữ liệu. Kết quả sơ bộ về liều lượng bức xạ vũ trụ mà họ ghi nhận được sẽ được nhóm thí nghiệm MARE quốc tế trình bày trong những tháng đầu năm tới.
Từ khóa: bức xạ; phantom; tia vũ trụ; phi hành gia;
– CMD&DND –
