Eksperyment MATROSHKA

Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie

Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) na orbicie Ziemi od siedmiu lat realizowany jest z udziałem naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, eksperyment o nazwie MATROSHKA. Rozpoczął się on gdy w styczniu 2004 rakieta Progress wyniosła na orbitę model ciała ludzkiego (tzw. fantom), wyposażony w dużą liczbę miniaturowych czujników promieniowania – detektorów termoluminescencyjnych. Większość tych detektorów pochodzi z IFJ PAN.

Astronauci narażeni są stale na działanie promieniowania kosmicznego, pochodzącego zarówno ze Słońca, jak i spoza układu słonecznego. W perspektywie stałej obecności człowieka w kosmosie i przyszłych podróży międzyplanetarnych, niezbędnym jest uzyskanie jak najdokładniejszej oceny wielkości zagrożenia jakie niesie promieniowanie kosmiczne.

Z tego powodu Europejska Agencja Kosmiczna zainicjowała eksperyment MATROSHKA, będący największym projektem badawczym w dziedzinie dozymetrii kosmicznej jaki kiedykolwiek przeprowadzono.

Jego głównym celem jest określenie rzeczywistego narażenia na promieniowanie kosmiczne astronautów pracujących na orbicie Ziemi. Aby to osiągnąć koniecznym jest wyznaczenie rozkładu przestrzennego dawki promieniowania wewnątrz ciała człowieka, a następnie dawki pochłoniętej w poszczególnych narządach i tkankach, a wreszcie wyznaczenie tzw. dawki efektywnej (wielkości dozymetrycznej uwzględniającej wrażliwość różnych narządów na promieniowanie).

Najlepszym narzędziem pomiarowym w tym celu są miniaturowe detektory termoluminescencyjne. Opracowywanie i wykonywanie takich detektorów jest od szeregu lat specjalnością Zakładu Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii IFJ PAN. Zakład ten jest jednym z czołowych laboratoriów na świecie w dziedzinie badań nad termoluminescencją i wykorzystaniem tego zjawiska do dozymetrii promieniowania jonizującego. Z tego powodu został zaproszony do uczestnictwa w eksperymencie MATROSHKA.

W fantomie umieszczono ponad 3 tysiące detektorów z IFJ PAN. Pierwszy cykl pomiarowy trwał 1.5 roku i w jego trakcie fantom znajdował się na zewnątrz stacji ISS, w otwartej przestrzeni kosmicznej. Kolejne trzy cykle, trwające od roku do półtora, realizowane były we wnętrzu stacji kosmicznej. Po każdym cyklu detektory termoluminescencyjne były demontowane z fantomu przez astronautów i przesyłane na Ziemię, gdzie były w IFJ poddawane badaniu.

Od roku 2008 analiza wyników eksperymentu realizowana jest w ramach europejskiego programu HAMLET (Human Model MATROSHKA for Radiation Exposure Determination of Astronauts). Projektem kieruje dr Guenther Reitz z DLR Kolonia, a w IFJ dr Paweł Bilski. Najważniejszym wynikiem uzyskanym jak dotąd w eksperymencie jest stwierdzenie, że wskazania dawkomierzy noszonych przez astronautów zawyżają rzeczywiste narażenie na promieniowanie – w przypadku ekspozycji na zewnątrz pojazdu kosmicznego ponad dwukrotnie.

Kontakt: Dr Paweł Bilski Instytut Fizyki Jadrowej PAN Zakład Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii

tel: 4812 6628414 e_mail pawel.bilski@ifj.edu.pl

Fantom MATROSHKA przed wysłaniem na orbitę. Rozkład dawki promieniowania w fantomie MATROSHKA zmierzony detektorami termoluminescencyjnymi

Astronauci Siergiej Krikaliew i John Philips we wnętrzu stacji kosmicznej rozkładają fantom, by wydobyć z niego detektory promieniowania.

Astronauta pracujący na zewnątrz stacji kosmicznej nad demontażem fantomu po półtorarocznej ekspozycji na promieniowanie

Przykłady różnych typów detektorów termoluminescencyjnych