Pesquisadores do MIPT desenvolveram um detector de protótipo de partículas solares. O dispositivo é capaz de captar prótons com energias cinéticas entre 10 e 100 megaeletronvolts, e elétrons em 1 ^-10 MeV. Isso cobre a maior parte do fluxo de partículas de alta energia que vem do sol. O novo detector pode melhorar a proteção contra radiação para astronautas e espaçonaves, bem como avançar nossa compreensão das erupções solares. Os resultados da pesquisa são relatados no Jornal de Instrumentação .

À medida que a energia é convertida de uma forma para outra nas regiões ativas da atmosfera solar, fluxos de partículas - ou raios cósmicos - nascem com energias aproximadamente entre 0,01-1, 000 MeV. A maioria dessas partículas são elétrons e prótons, mas núcleos de hélio a ferro também são observados, embora em números muito menores.

O consenso atual é que o fluxo de partículas tem dois componentes principais. Primeiro, existem fluxos estreitos de elétrons em breves erupções que duram de dezenas de minutos a várias horas. E então há as erupções com amplas ondas de choque, que duram vários dias e contêm principalmente prótons, com alguns núcleos mais pesados ​​ocasionais.

Apesar da vasta gama de dados fornecidos por orbitadores solares, algumas questões fundamentais permanecem sem solução. Os cientistas ainda não entendem os mecanismos específicos por trás da aceleração de partículas nas explosões solares de curta e longa duração. Também não está claro qual é o papel da reconexão magnética para as partículas à medida que elas aceleram e saem da coroa solar, ou como e onde as populações de partículas iniciais se originam antes de acelerar nas ondas de impacto. Para responder a essas perguntas, pesquisadores exigem detectores de partículas de um novo tipo, que também seria a base de novos protocolos de segurança de espaçonaves que reconheceriam a onda inicial de elétrons como um aviso prévio do perigo iminente da radiação de prótons.

Um estudo recente feito por uma equipe de físicos do MIPT e de outros lugares relata a criação de um detector de protótipo de partículas de alta energia. O dispositivo consiste em vários discos de poliestireno, conectado a fotodetectores. À medida que uma partícula passa pelo poliestireno, ele perde parte de sua energia cinética e emite luz, que é registrado por um fotodetector de silício como um sinal para análise computadorizada subsequente.

O principal investigador do projeto, Alexander Nozik, do Laboratório de Métodos de Física Nuclear do MIPT, disse:"O conceito de detectores de cintilação de plástico não é novo, e tais dispositivos são onipresentes em experimentos baseados na Terra. O que possibilitou os resultados notáveis ​​que alcançamos foi o uso de um detector segmentado junto com nossos próprios métodos de reconstrução matemática. "

Parte do papel no Jornal de Instrumentação trata da otimização da geometria do segmento do detector. O dilema é que, embora discos maiores signifiquem mais partículas analisadas a qualquer momento, isso vem com o custo do peso do instrumento, tornando sua entrega em órbita mais cara. A resolução do disco também diminui à medida que o diâmetro aumenta. Quanto à espessura, discos mais finos determinam energias de prótons e elétrons com mais precisão, ainda assim, um grande número de discos finos também necessita de mais fotodetectores e eletrônicos mais volumosos.

A equipe contou com modelagem de computador para otimizar os parâmetros do dispositivo, eventualmente montando um protótipo que é pequeno o suficiente para ser entregue ao espaço. O dispositivo em forma de cilindro tem um diâmetro de 3 centímetros e 8 centímetros de altura. O detector consiste em 20 discos de poliestireno separados, permitindo uma precisão aceitável de mais de 5%. O sensor tem dois modos de operação:ele registra partículas únicas em um fluxo que não excede 100, 000 partículas por segundo, mudar para um modo integrado sob radiação mais intensa. O segundo modo faz uso de uma técnica especial para analisar dados de distribuição de partículas, que foi desenvolvido pelos autores do estudo e não requer muito poder de computação.

"Nosso dispositivo teve um desempenho muito bom em testes de laboratório, "disse o co-autor do estudo Egor Stadnichuk do Laboratório de Métodos de Física Nuclear do MIPT." O próximo passo é desenvolver novos componentes eletrônicos que seriam adequados para a operação de detectores no espaço. Também vamos adaptar a configuração do detector às restrições impostas pela nave. Isso significa tornar o dispositivo menor e mais leve, e incorporando blindagem lateral. Também há planos para introduzir uma segmentação mais precisa do detector. Isso permitiria medições precisas de espectros de elétrons em cerca de 1 MeV. "