Détecteurs de rayonnement portables de la taille d'une paume

Des chercheurs de l'Institut national de recherche biomédicale spatiale ( NSBRI ) et l'Académie navale des États-Unis ( LÈVRE ) ont développé un nouveau détecteur de rayonnement à utiliser lors de missions spatiales, en particulier celles vers la Lune et Mars, où les niveaux d'énergie sont dangereux et où des doses approximatives sont estimées. L'appareil, appelé microdosimètre, est petit et de faible puissance, et il peut mesurer les niveaux de rayonnement atmosphérique en temps réel.

Rayonnement exposé : L'instrument microdosimètre se compose d'un capteur composé de minuscules cellules, chacune appelée détecteur à diode unique, mesurant 10 x 10 x 2 microns, soit la taille d'un globule rouge. Les cellules mesurent le niveau de rayonnement dans l'atmosphère par la quantité de minuscules particules d'énergie déposées dans chaque cellule. Les données qu'ils collectent peuvent être enregistrées et évaluées en temps réel.

Nous prenons vraiment la technologie existante et la repoussons vers de nouvelles limites afin de pouvoir l'appliquer là où elle n'a jamais vraiment été appliquée auparavant, déclare Vince Pisacane, chercheur au sein de l'équipe de développement technologique de l'INSBRI, professeur d'ingénierie aérospatiale à l'USNA, et le chercheur principal sur ce projet . En utilisant un dispositif en silicium de la fabrication de son équipe comme capteur de base, Pisacane espère atteindre le type de précision nécessaire pour estimer l'exposition aux rayonnements des humains dans l'espace. Il est vraiment essentiel [pour la santé humaine que] ce soit aussi précis que possible, dit-il.

Depuis le Apollon missions, la NASA a fait voler une variété de détecteurs de rayonnement sur chaque mission ; la plupart de ces détecteurs reposent sur un seul élément matériel : un dosimètre. Cet appareil, qui reste l'instrument le plus précis utilisé par les personnes régulièrement exposées aux rayonnements dans leur travail, mesure la quantité totale accumulée d'exposition aux rayonnements et peut prendre la forme d'un badge, d'un tube de la taille d'un stylo ou d'un affichage numérique. Mais l'appareil, bien que très durable et portable, ne fournit des mesures de l'exposition aux rayonnements qu'après coup, de sorte que les doses de rayonnement que les astronautes reçoivent pendant leur séjour dans l'espace ne sont connues qu'à leur retour sur Terre.

Dans la mesure où l'exploration spatiale implique des missions habitées, le besoin d'une meilleure détection des rayonnements est urgent. En seulement un jour ou deux sur la surface lunaire, les astronautes peuvent recevoir jusqu'à 600 fois la quantité de rayonnement qu'une personne sur Terre reçoit en un an, explique Anne Kennedy , Richard Chamberlain, professeur de recherche en oncologie et professeur au département de radio-oncologie de la faculté de médecine de l'Université de Pennsylvanie. Le plus préoccupant est une éruption solaire ou un événement de particules solaires qui peut se produire sans avertissement du soleil émettant des particules à haut volume, entraînant des doses élevées pour les astronautes, explique-t-elle. Les effets d'une exposition à des radiations extrêmes peuvent être graves : vomissements, érythème (rougeur de la peau), cancer, leucémie et même mort.

Pour créer un outil pouvant aider les astronautes à éviter de tels effets, l'équipe de Pisacane a utilisé l'idée centrale d'un dosimètre, c'est-à-dire mesurer la quantité totale d'exposition aux rayonnements, mais il ne mesure pas seulement la quantité cumulée de rayonnement que le corps reçoit : c'est aussi mesurer la quantité cumulée que chaque cellule du corps reçoit. En étudiant le rayonnement à l'échelle microscopique, les chercheurs espèrent mieux comprendre les effets cellulaires du rayonnement.

Le microdosimètre, qui a à peu près la taille d'un paquet de cigarettes, contient un ensemble de cellules en silicium, chacune typiquement de la taille d'un globule rouge et disposées sur une carte électronique comme les carrés d'un damier. Chaque cellule enregistre en continu la quantité de petites particules d'énergie déposées. Certaines particules déposeront plus d'énergie et de types différents que d'autres. En examinant ces données, les chercheurs peuvent créer un spectre d'énergie qui leur permettra d'évaluer la gamme d'énergies et les valeurs qui pourraient être déposées dans le corps humain.

De plus, le système est ce que Pisacane appelle actif et peut prendre des mesures en temps réel des niveaux de rayonnement, alertant immédiatement les astronautes s'ils sont en danger. Les combinaisons spatiales et les engins spatiaux équipés de capteurs microdosimétriques pourraient aider les astronautes à prendre des mesures de protection au début d'un rayonnement accru.

Mais avant que l'appareil ne soit prêt pour des missions habitées, il sera testé sur de nombreux satellites pendant environ cinq ans. Pisacane espère qu'à chaque voyage, l'appareil - qui est alimenté par des piles AA et n'utilise déjà qu'un watt de puissance lors de la collecte continue de données - deviendra encore plus petit, utilisant moins d'énergie avec une fiabilité accrue. Le microdosimètre effectuera son premier voyage dans l'espace le 8 mars, lorsqu'il montera sur STP-1, le lanceur, à titre d'expérience sur le MidSTAR satellite construit par l'USNA. Le satellite contiendra trois capteurs microdosimétriques, un à l'extérieur et deux à l'intérieur, dont l'un sera recouvert de polyéthylène, une substance dont la perméabilité est similaire à celle des tissus humains, et peut ainsi simuler les effets des rayonnements sur le corps humain. Les trois capteurs seront connectés à un module de sortie électronique qui collectera et stockera les données à transmettre au sol.

Le défi central dans la création d'un de ces appareils est de le rendre précis. Il y a beaucoup d'éléments qui entrent en ligne de compte pour que cela fonctionne, dit Pisacane, et tout cela doit être conçu, des pièces doivent être fabriquées, nous devons identifier les composants électriques et les mettre sur la carte - certains d'entre eux sont si petits que vous peut à peine les voir.

En effet, les choses que vous devez faire pour développer des appareils très petits, à faible masse et à faible consommation d'énergie pour les vols spatiaux sont exceptionnellement délicates, explique Cary Zeitlin, chercheur au Lawrence Berkeley National Laboratory et ancien chercheur principal. de l'expérience sur l'environnement de rayonnement martien ( MARIE ). Le projet MARIE, financé par la NASA, a construit un télescope à particules pour mesurer les niveaux de rayonnement sur Mars et a été envoyé à bord du Odyssée pour des tests en 2001. Bien que la technologie ait souffert de difficultés matérielles après un grand événement solaire, elle a pu recueillir des informations sur le dosage et a constitué un premier pas dans les efforts de détection sur Mars. Le groupe de Pisacane fait une variation sur le type standard de dosimètre, et c'est une nouvelle façon de mesurer les doses de rayonnement qui, je pense, est une nouvelle application, dit Zeitlin.

Bien qu'extrêmement important pour les missions spatiales habitées, le microdosimètre est également censé avoir des applications terrestres. Il peut aider les personnes qui travaillent avec l'énergie nucléaire, avec des composés nucléaires, dans des applications médicales et industrielles, et dans les domaines dans lesquels il est important de connaître les niveaux de rayonnement, dit Jay Buckey , chef d'équipe pour l'équipe de développement technologique de l'INSBRI et professeur de médecine à la Dartmouth Medical School. Cette technologie est un moyen excellent et très utile de suivre l'exposition aux rayonnements et une amélioration de ce que nous avons maintenant, dit-il.

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