NASA新型分光儀將幫助未來宇航員應對宇宙輻射

在太空中生活和工作最主要的健康擔憂之一即是長期暴露在高輻射的環境中。NASA的科學家們已經開發出了一套新的裝置來監測暴露在中子中的輻射，並且正在國際空間站中測試該裝置。

高速中子分光儀在第五次ATK軌道補給任務中被發射到空間站，設計宗旨是探測和測量對人類十分有害的中子的能量。理解中子輻射將有助於NASA把人類送上火星的時候確保宇航員的安全。

這支科學家和工程師組成的隊伍在位於阿拉巴馬州亨茲維爾市的NASA馬歇爾太空飛行中心設計並建造了高速中子分光儀，目前他們集結裝備，之後這些裝備將運往休斯敦加工以備發射。

圖片來源: NASA/Fred Deaton

「宇宙中有各種各樣的輻射，」Mark Christl，NASA馬歇爾太空飛行中心該課題的帶頭人表示。「目前經有先進的儀器來探測超新星或黑洞產生的伽馬射線，X光和其他帶電粒子，我們需要一種方法來探測和測量中子輻射，以量化其對人體生物學的影響。中子探測技術目前還沒有出現像其它技術領域一樣的飛躍。

這張圖片展示了一種小玻璃閃爍體纖維，這種材料可以使中子探測器更有效。在太空中使用的時候，它將記錄下宇航員暴露在即將到達的宇宙輻射中的狀況。

圖片來源: NASA

來自太陽和太陽系之外的高能量粒子與其它微粒和物質，例如一架太空梭或者一個行星的表面，發生相互作用時會產生中子輻射。但是這些中子在它們衰退成帶電微粒前只能存在大概13分鐘。

「如果它們距離你在13分鐘的路程之外，這並不是個問題，」Christl表示。「如果你在太空艙中或者在一個行星的表面，只有微量或者根本沒有磁場或者大氣層，你很有可能會被一個中子輻射場覆蓋。」

高速中子分光儀主要是一個被動的工具，等著中子來撞擊。分光儀的外殼是鋁製的，配備一個塑料的閃爍器來使擊中分光儀的中子速度降低，還有玻璃閃爍體纖維用來吸收中子並且以光的形式重新發出能量。這個高級裝置為測量提供了兩種清晰的信號——第一種用於測量中子的能量，第二種用於確認被探測到的是中子而不是另一種其它粒子。原來的標準全塑料裝置無法清楚地分辨這些信號的差別。

「檢測其它類型輻射的探測器已經被應用在很多領域，」Christl表示。「這些探測器被用在科學研究的粒子加速器中，還被用在石油產業和醫療領域來測量輻射暴露。科學家們一直在對這些探測器進行改進，並取得了顯著成果，但是中子輻射探測器還沒有受到這樣的關注。在NASA，我們把這視為一個解決問題的機會，我們的宇航員在太陽系中繼續歷經更長的旅程時必將面臨這些問題。」

正如圖片中間所示，該高速中子分光儀將幫助人們在太空中精確探測到中子。這些中子對人類是有潛在危害的。

圖片來源：NASA

NASA宇航員Shane Kimbrough在2016年12月2日將這個裝置安裝在國際空間站上。從那以後，它被轉移到空間站內部的不同地方，目前，它「居住」在Node 1模塊中。該高速中子分光儀將監測中子六個月，只要有中子撞擊就會將數據傳送到空間站的筆記本電腦上。那些數據將會被在馬歇爾的團隊每天下載來加工和分析。

該裝置放置在中子加速器中，通過使用地球上其它放射性資源來測試和校準。如果這項技術驗證成功，Christl希望可以在將來的任務中用其確定宇航員們吸收中子輻射的時間和數量。儘管空間站的輻射環境還無法與「外太空」相提並論，然而該分光儀已經具備了在空間環境中進行驗證的新能力。

該項目是NASA內部共同努力的結果。弗吉尼亞州漢普頓市NASA蘭利研究中心的一支團隊正在研究如果宇航員們收到警報，顯示來自太陽爆發的輻射波正在靠近時，他們可能採取的行動，模擬可能出現的場景並設法重置宇宙飛船裝載的內容容量來提升飛船的防護。另一支在休斯敦NASA約翰遜空間中心的團隊正在改進對帶電粒子的探測。

有必要監測宇航員所受到的輻射量，」Christl 表示。「我們使用不同的技術來探測帶電粒子和中子，並且我們需要知道兩種微粒的量有多少，以此來了解宇航員接收到的輻射量。這些輻射探測器可能會迫使任務在中途發生改變，但這會有助於確保我們宇航員的安全。」（翻譯：施愷 校核：王索）

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