Strålingsdetekterende optiske fibre installeret på den internationale rumstation

I et rumfartøj, for at beskytte både mandskab og elektronik mod stråling, det er obligatorisk at investere i effektive strålingsovervågningssystemer. Den Internationale Rumstation (ISS), ligesom Large Hadron Collider ved CERN, er et komplekst strålingsmiljø, der kræver skræddersyede dosimetrienheder. Optisk-fiber-baserede teknologier kan levere både distribuerede og punktstrålingsdosismålinger med høj præcision.

Den 18. august, ESA-astronaut Thomas Pesquet aktiverede Lumina-eksperimentet inde i ISS som en del af ALPHA-missionen. Udviklet under koordinering af den franske rumfartsorganisation, CNES, og med inddragelse af CERN, Laboratoire Hubert Curien ved Université Jean-Monnet-Saint-Étienne, og iXblue, dette projekt bruger to flere kilometer lange optiske fibre som aktive dosimetre til at måle ioniserende stråling i ISS med meget høj følsomhed.

Daniel Ricci, leder af Fiber Optics sektionen i Engineering afdelingen på CERN, forklarer:"Når de udsættes for rummets strålingsmiljø, de optiske fibre oplever et delvist tab af transmitteret effekt, som vi kalder strålingsinduceret dæmpning." Diego Di Francesca, fiber-dosimetri projektleder i teamet, beskriver i detaljer, hvordan dosimeteret virker:"Ved brug af en referencekontrolkanal, den strålingsinducerede dæmpning af nogle specielle optiske fibre kan måles nøjagtigt og sættes i relation til den samlede ioniserende dosis. Enhedens følsomhed er for det meste styret af længden af ​​fiberen. Afhængigt af dosimeterdesignet, jo længere optisk fiberdosimeter, jo mere følsomt er det."

For at forhindre strålingsinduceret skade på elektronikken inde i acceleratorerne, CERN har arbejdet med strålingssensorer baseret på optiske fibre i seks år. Med udgangspunkt i denne erfaring, CERN har ydet et teknisk bidrag til Lumina ved at hjælpe med den teoretiske analyse af den optimerede arkitektur af dosimetrene og ved at udføre de lav- og højdosis bestrålingstests, der er nødvendige for at kalibrere instrumentet. Når eksperimentet er fuldt installeret af Thomas Pesquet, CERN vil også bidrage til analysen af ​​eksperimentets jord- og flydata i løbet af dets et til fem års drift.

"En udfordring ved Lumina er at være følsom nok til at måle lave strålingsvariationer, i betragtning af den afskærmning, som ISS-skallen giver. Kalibreringen udført på CERN, på en jordreferencemodel, vil sætte os i stand til at efterbehandle målingerne og vil føre til nøjagtige resultater, " forklarer Florence Clément, projektleder af Lumina-eksperimentet hos CNES/CADMOS. "Vi er overbeviste om, at ISS kun er et første skridt for fiberoptiske dosimetre, når vi begiver os længere ud i rummet. Når vi bevæger os væk fra Jorden, strålingsniveauet stiger, og det samme gør behovet for pålidelig dosisovervågning."

Ved at bidrage til dette eksperiment, CERN fortsætter med at vise sin merværdi for rumsektoren. "Denne fælles erfaring i rummet er et vigtigt resultat af den rammesamarbejdsaftale, der blev etableret mellem CERN og CNES for et par år siden, med særligt fokus på strålingsspørgsmål, " fremhæver Enrico Chesta, Aerospace Applications Coordinator i CERN's Knowledge Transfer-gruppe. "For at overvåge strålingsskader på elektronik, CERN har udviklet instrumenter, der også kan bruges på satellitter. Inden for bestrålingstest, Vores unikke tekniske faciliteter er i stand til at gengive en række miljøer, der er repræsentative for de mest ekstreme strålingsforhold."