科學家開發用于研究太陽的探測器

MIPT的研究人員已經開發出一種太陽粒子探測器原型。該裝置能夠以10到100兆電子伏特的動能拾取質子，并以1 -10 MeV的電子能拾取質子。這涵蓋了來自太陽的大部分高能粒子通量。新的探測器可以改善對宇航員和太空飛船的輻射防護，并增進我們對太陽耀斑的了解。研究成果發表在《儀器儀表雜志》上。

當能量在太陽大氣的活動區域中從一種形式轉換為另一種形式時，粒子流或宇宙射線所產生的能量大約在0.01-1,000 MeV之間。這些粒子大多數是電子和質子，但也觀察到從氦到鐵的原子核，盡管數量要少得多。

當前的共識是粒子通量具有兩個主要成分。首先，短暫的耀斑中有狹窄的電子流，持續時間從數十分鐘到數小時不等。然后是帶有寬泛沖擊波的耀斑，持續了幾天，主要包含質子，偶有較重的核。

盡管太陽軌道器提供了大量數據，但一些基本問題仍未解決。科學家們還不了解短期和長期太陽耀斑中粒子加速背后的具體機制。同樣不清楚的是，磁重新連接在粒子加速并離開太陽日冕時起什么作用，或者在沖擊波加速之前初始粒子的聚集方式和位置是如何產生的。為了回答這些問題，研究人員需要一種新型的粒子探測器，該探測器還將成為新的太空飛船安全協議的基礎，該協議將電子的初波識別為即將來臨的質子輻射危險的預警。

來自MIPT和其他地方的一組物理學家最近進行的一項研究報告說，已創建了高能粒子原型探測器。該設備由多個聚苯乙烯盤組成，并連接到光電探測器。當粒子通過聚苯乙烯時，它會損失一些動能并發射光，該光會被硅光電探測器記錄為信號，供以后進行計算機分析。

該項目的主要研究人員來自MIPT核物理方法實驗室，Alexander Nozik表示：“塑料閃爍探測器的概念并不新奇，這種裝置在基于地球的實驗中無處不在。使用分段探測器可以使我們取得顯著成果，以及我們自己的數學重建方法。”

《儀器儀表雜志》上的部分論文涉及優化檢測器段的幾何形狀。難題是，盡管較大的磁盤意味著在任何給定時間分析的粒子更多，但這是以儀器重量為代價的，這使得將其送入軌道的成本更高。磁盤分辨率也隨著直徑的增加而下降。至于厚度，較薄的圓盤可以更精確地確定質子和電子的能量，但是大量的薄圓盤也需要更多的光電探測器和更大的電子設備。

該團隊依靠計算機建模來優化設備的參數，最終組裝出足夠小以能夠交付太空的原型。圓柱形設備的直徑為3厘米，高為8厘米。檢測器由20個單獨的聚苯乙烯圓盤組成，可以接受超過5%的準確度。該傳感器有兩種工作模式：它以不超過每秒100,000個粒子的通量記錄單個粒子，在更強的輻射下切換為集成模式。第二種模式利用了一種特殊的技術來分析粒子分布數據，該技術是由研究的作者開發的，不需要太多的計算能力。

MIPT核物理方法實驗室的研究合著者Egor Stadnichuk說：“我們的設備在實驗室測試中表現非常好。” “下一步是開發適用于太空探測器操作的新電子設備。我們還將使探測器的配置適應飛船施加的限制。這意味著使該設備更小，更輕，并具有側面屏蔽。我們還計劃引入更精細的檢測器分段，這將使得能夠精確測量大約1 MeV的電子光譜。”