NASA的阿尔忒弥斯I号任务提供了新的见解，关于宇航员在月球附近可能遇到的宇宙辐射量与低地球轨道相比。使用在猎户座飞船上搭载的由氟化锂晶体制成的实验探测器，研究人员获得了初步测量数据，揭示了这两种环境之间辐射暴露的意外差异。在2022年11月底和12月初的无人阿尔忒弥斯I号任务中，猎户座飞船绕月飞行，携带了超过10,000颗嵌入两个人体模型中的微小晶体。这些设备记录了整个旅程中的辐射暴露。其中包括由波兰科学院核物理研究所（IFJ PAN）在克拉科夫的科学家们创建的几打实验荧光氟化锂探测器。研究人员现在描述了一种分析这些晶体存储信息的新方法，提供了有关宇宙辐射水平和探测器性能的见解。他们的发现发表在《辐射测量》期刊上。“基于氟化锂的荧光辐射剂量探测器是被动的。换句话说，它们的工作原理类似于摄影胶卷：一旦晶体暴露于辐射，单个粒子留下的轨迹必须在显微镜下光学分析，”论文的合著者之一、IFJ PAN的帕维尔·比尔斯基教授解释道。微小晶体如何探测宇宙辐射氟化锂探测器通过捕捉辐射造成的微观变化来工作。当带电粒子通过晶体时，它们会干扰其内部原子结构，产生称为颜色中心的缺陷。科学家可以随后用蓝光照射晶体，使这些改变的区域发出红光。通过在显微镜下检查荧光，研究人员可以识别单个辐射粒子的路径。这些探测器是阿尔忒弥斯I号期间进行的MARE（Matroshka AstroRad辐射实验）研究的一部分。几个实验氟化锂探测器被放置在两个模型内部，其中包括一些蕴含高浓度氟化锂-7同位素的探测器。IFJ PAN的贡献超出了这些实验设备。其科学家们还提供了近600个热释光晶体探测器，采用不同的技术来测量辐射暴露。新型氟化锂探测器的一大优势是简化了检查辐射轨迹的过程。传统的由塑料制成的被动探测器需要在科学家能够研究进入粒子留下的痕迹之前进行化学蚀刻。氟化锂晶体消除了这一步骤，使研究人员能够直接用标准荧光显微镜检查轨迹。因此，观察近月收集到的辐射轨迹相对简单。更困难的任务是确定这些轨迹确切揭示了辐射暴露的什么信息。为了获得可靠的数值测量，团队不得不开发复杂的校准和分析技术。为什么测量深空辐射如此困难与实验室的控制条件不同，宇宙辐射是高度不可预测的。在典型的物理实验中，研究人员可以将探测器暴露于含有已知类型粒子、特定能量和方向的束流中。在太空中，辐射来自各个方向，并且包含许多不同粒子和原子核，能量范围极为广泛。这种复杂性使得微观轨迹的解读变得困难。由于进入粒子以不同角度撞击晶体，它们的轨迹延伸向多个方向。显微镜捕捉到每条轨迹在其焦平面内的截面（大约一微米大小），但它也记录了来自该狭窄区域之外部分的模糊光辉。这种额外光线会影响测量的荧光强度，科学家利用它来估算粒子使材料电离的密度。不同的粒子也会产生非常不同的轨迹模式。那些造成强电离的粒子留下连续、清晰的线，而电离较弱的粒子可能表现为分散、断开的点。这些差异进一步复杂化了将荧光测量结果转换为有意义的辐射数据的任务。为了克服这些挑战，研究人员引入了若干修正，并开发了能够去除不必要背景信号的软件。改进的分析使得他们的测量结果与成熟的探测器技术的结果相一致，同时也揭示了老旧设备无法检测到的辐射事件。