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Rilevatori di radiazioni portatili, palmari
Ricercatori del National Space Biomedical Research Institute ( NSBRI ) e l'Accademia Navale degli Stati Uniti ( LABBRO ) hanno sviluppato un nuovo rilevatore di radiazioni da utilizzare durante le missioni spaziali, in particolare quelle sulla Luna e su Marte, dove i livelli di energia sono pericolosi e si stimano dosi approssimative. Il dispositivo, chiamato microdosimetro, è piccolo e di bassa potenza e può misurare i livelli di radiazione atmosferica in tempo reale.
Radiazioni esposte : Lo strumento del microdosimetro è costituito da un sensore costituito da minuscole cellule, ciascuna chiamata rilevatore a diodo singolo, che misura 10 x 10 x 2 micron, le dimensioni di un globulo rosso. Le cellule misurano il livello di radiazione nell'atmosfera in base alla quantità di minuscole particelle di energia depositate in ciascuna cellula. I dati che raccolgono possono essere registrati e valutati in tempo reale.
Stiamo davvero prendendo la tecnologia esistente e spingendola verso nuovi limiti in modo da poterla applicare dove non è mai stata realmente applicata prima, afferma Vince Pisacane, ricercatore del Team di sviluppo tecnologico NSBRI, professore di ingegneria aerospaziale presso l'USNA, e l'investigatore principale su questo progetto . Utilizzando un dispositivo al silicio realizzato dal suo team come sensore di base, Pisacane spera di ottenere il tipo di accuratezza necessario per effettuare stime dell'esposizione alle radiazioni degli esseri umani nello spazio. È davvero fondamentale [per la salute umana che] sia il più preciso possibile, dice.
Dal momento che Apollo missioni, la NASA ha pilotato una varietà di rilevatori di radiazioni in ogni missione; la maggior parte di questi rilevatori è stata basata su un componente hardware: un dosimetro. Questo dispositivo, tuttora lo strumento più accurato utilizzato dalle persone regolarmente esposte alle radiazioni nel loro lavoro, misura la quantità totale di esposizione alle radiazioni accumulata e può assumere la forma di un badge, un tubo delle dimensioni di una penna o una lettura digitale. Ma il dispositivo, sebbene molto resistente e portatile, fornisce misurazioni dell'esposizione alle radiazioni solo dopo il fatto, quindi le dosi di radiazioni che gli astronauti ricevono mentre sono nello spazio non sono note fino a quando non tornano sulla Terra.
Nella misura in cui l'esplorazione dello spazio coinvolge missioni con equipaggio, la necessità di un migliore rilevamento delle radiazioni è acuta. In appena un giorno o due sulla superficie lunare, gli astronauti possono ricevere fino a 600 volte la quantità di radiazioni che una persona sulla Terra riceve in un anno, spiega Anna Kennedy , Richard Chamberlain Professore di Research Oncology e professore presso il Department of Radiation Oncology, University of Pennsylvania School of Medicine. La cosa più preoccupante è un brillamento solare o un evento di particelle solari che può verificarsi senza preavviso dal sole che emette particelle ad alto volume, portando a dosi elevate per gli astronauti, spiega. Gli effetti dell'esposizione a radiazioni estreme possono essere gravi: vomito, eritema (arrossamento della pelle), cancro, leucemia e persino morte.
Per costruire uno strumento che possa aiutare gli astronauti a evitare tali effetti, il team di Pisacane ha utilizzato l'idea centrale di un dosimetro, ovvero misurare la quantità totale di esposizione alle radiazioni, ma misura non solo la quantità cumulativa di radiazioni che il corpo riceve: è anche misurare la quantità cumulativa che riceve ogni cellula del corpo. Studiando le radiazioni su scala microscopica, i ricercatori sperano di comprendere meglio gli effetti cellulari delle radiazioni.
Il microdosimetro, che ha le dimensioni di un pacchetto di sigarette, contiene una serie di cellule fatte di silicio, ciascuna delle dimensioni tipicamente di un globulo rosso e disposte su una lavagna elettronica come i quadrati su una scacchiera. Ogni cella registra continuamente la quantità di piccole particelle energetiche che vengono depositate. Alcune particelle depositeranno più energia e di tipo diverso rispetto ad altre. Dall'esame di questi dati, i ricercatori possono creare uno spettro energetico che consentirà loro di misurare la gamma di energie e i valori che potrebbero essere depositati all'interno del corpo umano.
Inoltre, il sistema è quello che Pisacane chiama attivo e può effettuare misurazioni in tempo reale dei livelli di radiazioni, avvisando immediatamente gli astronauti se sono a rischio. Le tute spaziali e i veicoli spaziali dotati dei sensori del microdosimetro potrebbero aiutare gli astronauti a intraprendere azioni protettive all'inizio di radiazioni potenziate.
Ma prima che il dispositivo sia pronto per le missioni con equipaggio, sarà testato su numerosi satelliti nel corso di circa cinque anni. Pisacane spera che ad ogni viaggio, il dispositivo, che è alimentato da batterie AA e utilizza già solo un watt di potenza durante la raccolta continua dei dati, diventerà ancora più piccolo, utilizzando meno energia con una maggiore affidabilità. Il microdosimetro farà il suo primo viaggio nello spazio l'8 marzo, quando salirà sull'STP-1, il veicolo di lancio, come esperimento sul MidSTAR satellite costruito dall'USNA. Il satellite conterrà tre sensori microdosimetrici, uno esterno e due interni, di cui uno rivestito di polietilene, sostanza la cui permeabilità è simile a quella dei tessuti umani, e quindi in grado di simulare gli effetti delle radiazioni sul corpo umano. Tutti e tre i sensori saranno collegati a un modulo di uscita elettronico che raccoglierà e memorizzerà i dati per la trasmissione a terra.
La sfida centrale nella creazione di uno di questi dispositivi è renderlo accurato. Ci sono molti elementi per farlo funzionare, dice Pisacane, e tutto questo deve essere progettato, le parti devono essere prodotte, dobbiamo identificare i componenti elettrici e metterli sulla scheda: alcuni sono così piccoli che difficilmente li vedo.
In effetti, le cose che devi fare per sviluppare dispositivi molto piccoli, a bassa massa e a basso consumo energetico per il volo spaziale sono eccezionalmente complicate, spiega Cary Zeitlin, uno scienziato del personale del Lawrence Berkeley National Laboratory ed ex ricercatore principale dell'esperimento sulle radiazioni marziane sull'ambiente ( MARIE ). Il progetto MARIE, finanziato dalla NASA, ha costruito un telescopio per particelle per misurare i livelli di radiazione su Marte ed è stato inviato a bordo del Odissea per i test nel 2001. Sebbene la tecnologia abbia sofferto di difficoltà hardware dopo un grande evento solare, è stata in grado di raccogliere informazioni sul dosaggio ed è stato un passo iniziale negli sforzi di rilevamento su Marte. Il gruppo di Pisacane sta facendo una variazione sul tipo standard di dosimetro, ed è un nuovo modo di misurare le dosi di radiazioni che penso sia una nuova applicazione, dice Zeitlin.
Sebbene estremamente importante per le missioni spaziali con equipaggio, il microdosimetro è pensato per avere anche applicazioni basate sulla Terra. Può aiutare le persone che lavorano con l'energia nucleare, con i composti nucleari, in applicazioni mediche e industriali e in quelle aree in cui è importante conoscere i livelli di radiazioni, afferma Jay Buckey , capo del team per il team di sviluppo tecnologico NSBRI e professore di medicina presso la Dartmouth Medical School. Questa tecnologia è un modo eccellente e molto utile per monitorare l'esposizione alle radiazioni e un miglioramento di ciò che abbiamo ora, dice.