为研究太阳而开发的新型闪烁探测器

时间：2022-05-28 11:25:06 来源：

莫斯科物理技术研究所（MIPT）的研究人员开发了一种太阳粒子探测器原型。该装置能够在10到100兆电子伏特的动能下拾取质子，并在1-10 MeV的电子下拾取质子。这涵盖了来自太阳的大部分高能粒子通量。新的探测器可以改善对宇航员和太空飞船的辐射防护，并增进我们对太阳耀斑的了解。研究发现在仪器仪表杂志上有报道。

当能量在太阳大气的活动区域中从一种形式转换为另一种形式时，粒子流（即宇宙射线）所产生的能量大约在0.01-1,000 MeV之间。这些粒子大多数是电子和质子，但也观察到从氦到铁的原子核，尽管数量要少得多。

当前的共识是粒子通量具有两个主要成分。首先，短暂的耀斑中存在狭窄的电子流，持续时间从数十分钟到数小时不等。然后是带有宽泛冲击波的耀斑，持续了几天，主要包含质子，偶尔有较重的核。

尽管太阳轨道器提供了大量数据，但一些基本问题仍未解决。科学家们还不了解较短和较长持续时间的太阳耀斑中粒子加速的具体机制。同样不清楚的是，磁重新连接在粒子加速并离开太阳日冕时的作用是什么，或者在撞击波加速之前初始粒子的聚集方式和位置是如何产生的。为了回答这些问题，研究人员需要一种新型的粒子探测器，该探测器还将成为新的太空飞船安全协议的基础，该协议将识别电子的初始波，作为即将来临的质子辐射危险的预警。

设备原型：（1）探测器的主体由闪烁盘组成；（2）防护涂层中的光纤；（3）用于管理偏移电压和数据采集的控制板-由俄罗斯科学院核研究所开发，（4）原型框架和立场，用于地面观测。

来自MIPT和其他地方的一个物理学家团队最近进行的一项研究报告了高能粒子原型探测器的创建。该设备由多个聚苯乙烯盘组成，并连接到光电探测器。当粒子通过聚苯乙烯时，它会损失一些动能并发射光，该光会被硅光电探测器记录为信号，供以后进行计算机分析。

该计划的首席研究员，来自MIPT核物理方法实验室的Alexander Nozik说：“塑料闪烁探测器的概念并不是什么新鲜事物，这种设备在基于地球的实验中无处不在。使用分段检测器以及我们自己的数学重建方法，可以使我们取得显著成果。”

仪器杂志上的部分论文涉及优化检测器段的几何形状。难题是，尽管更大的磁盘意味着在任何给定时间分析的粒子更多，但这是以仪器重量为代价的，这使得仪器送入轨道的成本更高。磁盘分辨率也随着直径的增加而下降。至于厚度，较薄的圆盘可以更精确地确定质子和电子的能量，但是大量的薄圆盘也需要更多的光电探测器和更大的电子设备。

该团队依靠计算机建模来优化设备的参数，最终组装出一个足够小以能够送入太空的原型。圆柱设备的直径为3厘米，高度为8厘米。检测器由20个单独的聚苯乙烯圆盘组成，可以接受超过5％的准确度。传感器具有两种操作模式：它以不超过每秒100,000个粒子的通量记录单个粒子，并在更强的辐射下切换到集成模式。第二种模式利用了一种特殊的技术来分析粒子分布数据，该技术是由研究的作者开发的，不需要太多的计算能力。

MIPT核物理方法实验室的研究合著者Egor Stadnichuk说：“我们的设备在实验室测试中表现非常出色。”“下一步是开发适用于太空探测器操作的新电子设备。我们还将使探测器的配置适应飞船施加的约束。这意味着使设备更小，更轻，并具有横向屏蔽功能。还计划引入检测器的更精细的分割。这将能够精确测量大约1 MeV的电子光谱。”

参考：E. Stadnichuk，T.Abramova，M.Zeleny，A.Izvestnyy，A.Nozik，b，V.Palmin和I.Zimovets的“分段闪烁体探测器的原型，用于航天器上的粒子通量测量”，2020年9月14日，期刊Instrumentation.DOI：
10.1088 / 1748-0221 / 15/09 / T09006

这个故事中报道的研究是在俄罗斯科学基金会的资助下，由RAS太空研究所委托进行的。该探测器是在RAS核研究所制造的。

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