Los investigadores del MIPT han desarrollado un prototipo de detector de partículas solares. El dispositivo es capaz de captar protones a energías cinéticas entre 10 y 100 megaelectronvoltios, y electrones en 1 ^-10 MeV. Esto cubre la mayor parte del flujo de partículas de alta energía provenientes del Sol. El nuevo detector puede mejorar la protección radiológica para astronautas y naves espaciales. así como avanzar en nuestra comprensión de las erupciones solares. Los resultados de la investigación se informan en el Revista de instrumentación .

A medida que la energía se convierte de una forma a otra en las regiones activas de la atmósfera solar, Las corrientes de partículas, o rayos cósmicos, nacen con energías aproximadamente entre 0.01-1, 000 MeV. La mayoría de estas partículas son electrones y protones, pero también se observan núcleos de helio a hierro, aunque en cantidades mucho menores.

El consenso actual es que el flujo de partículas tiene dos componentes principales. Primero, hay corrientes estrechas de electrones en breves llamaradas que duran desde decenas de minutos hasta varias horas. Y luego están las bengalas con amplias ondas de choque, que duran varios días y en su mayoría contienen protones, con algunos núcleos ocasionales más pesados.

A pesar de la gran cantidad de datos suministrados por los orbitadores solares, algunas cuestiones fundamentales siguen sin resolverse. Los científicos aún no comprenden los mecanismos específicos detrás de la aceleración de partículas en las erupciones solares de menor y mayor duración. Tampoco está claro cuál es el papel de la reconexión magnética para las partículas cuando se aceleran y abandonan la corona solar. o cómo y dónde se originan las poblaciones iniciales de partículas antes de acelerarse en las ondas de impacto. Para responder a estas preguntas, los investigadores necesitan detectores de partículas de un tipo novedoso, que también sería la base de los nuevos protocolos de seguridad de las naves espaciales que reconocerían la onda inicial de electrones como una advertencia temprana del peligro inminente de radiación de protones.

Un estudio reciente realizado por un equipo de físicos de MIPT y otros lugares informa sobre la creación de un prototipo de detector de partículas de alta energía. El dispositivo consta de varios discos de poliestireno, conectado a fotodetectores. Cuando una partícula atraviesa el poliestireno, pierde algo de su energía cinética y emite luz, que es registrado por un fotodetector de silicio como una señal para su posterior análisis informático.

El investigador principal del proyecto, Alexander Nozik, del Laboratorio de Métodos de Física Nuclear del MIPT, dijo:"El concepto de detectores de centelleo de plástico no es nuevo, y estos dispositivos son omnipresentes en los experimentos realizados en la Tierra. Lo que permitió los notables resultados que logramos fue utilizar un detector segmentado junto con nuestros propios métodos de reconstrucción matemática ".

Parte del papel en el Revista de instrumentación se ocupa de optimizar la geometría del segmento del detector. El dilema es que, si bien los discos más grandes significan más partículas analizadas en un momento dado, esto tiene como costo el peso del instrumento, encareciendo su puesta en órbita. La resolución del disco también disminuye a medida que aumenta el diámetro. En cuanto al espesor, los discos más delgados determinan las energías de protones y electrones con más precisión, sin embargo, una gran cantidad de discos delgados también requiere más fotodetectores y componentes electrónicos más voluminosos.

El equipo se basó en el modelado por computadora para optimizar los parámetros del dispositivo, eventualmente ensamblando un prototipo que es lo suficientemente pequeño como para ser entregado al espacio. El dispositivo en forma de cilindro tiene un diámetro de 3 centímetros y mide 8 centímetros de alto. El detector consta de 20 discos de poliestireno separados, permitiendo una precisión aceptable de más del 5%. El sensor tiene dos modos de funcionamiento:registra partículas individuales en un flujo que no supera los 100, 000 partículas por segundo, cambiar a un modo integrado bajo una radiación más intensa. El segundo modo utiliza una técnica especial para analizar los datos de distribución de partículas, que fue desarrollado por los autores del estudio y no requiere mucha potencia informática.

"Nuestro dispositivo ha funcionado muy bien en las pruebas de laboratorio, ", dijo el coautor del estudio, Egor Stadnichuk, del Laboratorio de Métodos de Física Nuclear del MIPT." El siguiente paso es desarrollar nuevos componentes electrónicos que sean adecuados para la operación de detectores en el espacio. También vamos a adaptar la configuración del detector a las limitaciones impuestas por la nave espacial. Eso significa hacer que el dispositivo sea más pequeño y liviano, e incorporando blindaje lateral. También hay planes para introducir una segmentación más fina del detector. Esto permitiría realizar mediciones precisas de los espectros de electrones a aproximadamente 1 MeV ".