莫斯科物理技术研究所开发了一种太阳粒子探测器原型

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。该装置能够以10到100兆电子伏特的动能来拾取质子，并以1-10 MeV的电子来拾取。这涵盖了大部分来自太阳的高能粒子通量。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。研究成果发表在《仪器仪表杂志》上。

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。然后是耀斑，其震荡波很宽，持续长达数天，并且主要包含质子，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。科学家们还不了解短期和长期太阳耀斑中粒子加速背后的具体机制。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，或者在冲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，该协议将电子的初波识别为即将来临的质子辐射危险的预警。

 
 

设备原型：(1)由闪烁盘组成的探测器主体;(2)保护涂层中的光纤;(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，代表地面观测。图片来源：Egor Stadnichuk等人/《仪器仪表杂志》

来自MIPT和其他地方的一组物理学家最近进行的一项研究报告说，已创建了高能粒子原型探测器。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。

该项目的主要研究人员来自MIPT核物理方法实验室，Alexander Nozik表示：“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。使用分段检测器和我们自己的数学重建方法，可以使我们取得显著成果。”

《仪器仪表杂志》上的部分论文涉及优化检测器段的几何形状。难题是，虽然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，最终组装出足够小以能够交付太空的原型。圆柱形设备的直径为3厘米，高为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。该传感器有两种工作模式：它以不超过每秒100,000个粒子的通量记录单个粒子，在更强的辐射下切换为集成模式。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，并包含横向屏蔽。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。”