Kilkuletni, prowadzony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej eksperyment MATROSHKA pokazał, że kosmos może być dla astronautów mniej nieprzyjazny, niż sądzono. Doświadczenie z wykorzystaniem specjalnego manekina, naszpikowanego tysiącami detektorów, wskazuje, że dawka promieniowania pochłaniana przez człowieka może być mniejsza niż do tej pory uważano. Istotną część detektorów wyprodukowano w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Eksperci IFJ uczestniczyli też w żmudnym opracowaniu danych.
Promieniowanie kosmiczne należy do czynników w największym stopniu zagrażających zdrowiu astronautów i silnie ogranicza czas przebywania ludzi w przestrzeni kosmicznej. W celu ustalenia możliwie precyzyjnie jego rzeczywistego wpływu, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) we współpracy z instytucjami naukowymi Niemiec, Polski, Austrii, Szwecji i Rosji przeprowadziła eksperyment MATROSHKA. Do tej pory do takich pomiarów używa się dozymetrów. Chodziło o to, by ustalić na ile ich wskazania mogą odpowiadać rzeczywistości.
Do pomiarów tym razem wykorzystano odpowiednio zaadaptowany fantom medyczny, wykonany z prawdziwych ludzkich kości zatopionych w tworzywach symulujących tkankę mięśniową i płuca. Pozbawiony nóg manekin był pocięty na 33 plastry grubości 2,5 cm. Wewnątrz plastrów umieszczono aparaturę pomiarową, w tym rurki zawierające zestawy pasywnych detektorów termoluminescencyjnych. W ten sposób w fantomie powstała przestrzenna sieć sześciu tysięcy detektorów. Dzięki nim można było wyznaczyć przestrzenny rozkład dawki wewnątrz fantomu, dawki pochłonięte w poszczególnych "narządach", a w końcu tak zwaną dawkę efektywną, którą uważa się za najlepszą miarę rzeczywistego narażenia człowieka na promieniowanie.
Połowę detektorów termoluminescencyjnych wykonano w IFJ PAN. Nasze detektory to cienkie, białe pastylki średnicy 4,5 mm. Wykonujemy je z fluorku litu z dodatkiem pewnych starannie dobranych domieszek - wyjaśnia prof. dr hab. Paweł Olko. Domieszki zaburzają strukturę sieci krystalicznej i powodują, że w materiale powstają dodatkowe poziomy energetyczne. Ponieważ znajdują się one w obszarze zabronionym, gdy trafi na nie jakiś elektron wybity z materiału przez promieniowanie kosmiczne, zostanie trwale uwięziony. Po zakończeniu ekspozycji na promieniowanie, pastylkę detektora podgrzewa się w laboratorium, co prowadzi do uwolnienia tych uwięzionych elektronów, a te, rekombinując, wysyłają światło - tym więcej, im większa była dawka promieniowania pochłonięta przez detektor.
Podstawowym ryzykiem związanym z ekspozycją na promieniowanie kosmiczne jest wzrost zagrożenia nowotworami. Wiele zależy tu od rodzaju promieniowania. Ziemskie źródła promieniotwórczości wytwarzają głównie promieniowanie elektromagnetyczne o znacznej energii (gamma). Promieniowanie kosmiczne jest groźniejsze, są w nim ciężkie cząstki naładowane, takie jak protony czy proste jony. Detektory termoluminescencyjne nie pozwalają ustalić rodzaju cząstek promieniowania, dlatego fantom wyposażono także w zestaw plastikowych detektorów śladowych. Dodatkowo jeszcze manekinowi założono zewnętrzne detektory, imitujące dozymetry noszone przez astronautów.
W latach 2004-2009 manekin poddano trzem seriom kilkunastomiesięcznych ekspozycji na promieniowanie kosmiczne. Dwie z nich przeprowadzono wewnątrz rosyjskich modułów stacji kosmicznej, a jedną na zewnątrz, w otwartej przestrzeni kosmicznej. Fantom umieszczono wtedy w obudowie imitującej własności ochronne skafandra kosmicznego.
Żmudną analizę danych zebranych przez detektory eksperymentu MATROSHKA przeprowadzili naukowcy z krakowskiego IFJ PAN, Niemieckiego Centrum Kosmicznego (DLR) w Kolonii i Politechniki Wiedeńskiej. Wykazała ona, że podczas pobytu we wnętrzu stacji dozymetry astronautów podają dawkę promieniowania zawyżoną o około 15 proc. w stosunku do rzeczywistej zmierzonej wewnątrz fantomu. W otwartej przestrzeni kosmicznej dawki zarejestrowane przez dozymetry były natomiast ponad 200 proc. większe od faktycznych.
Można powiedzieć, że kosmos okazał się nieco mniej wrogi człowiekowi niż się nam pierwotnie wydawało. Efektywne dawki promieniowania, obliczone na podstawie pomiarów dokonanych naszymi detektorami, były mniejsze niż można było sądzić na podstawie wskazań dozymetrów noszonych przez astronautów - mówi dr hab. Paweł Bilski z IFJ PAN. Musimy jednak pamiętać, że pomiary w ramach eksperymentu MATROSHKA były dokonywane na niskiej orbicie wokółziemskiej, a więc w obrębie ziemskiej magnetosfery, która znacząco redukuje docierającą do nas liczbę cząstek naładowanych. W przestrzeni międzyplanetarnej takiej osłony nie ma - dodaje dr Bilski.
Na podstawie materiałów prasowych IFJ PAN
