Прибор северного сияния В Лаборатории геокосмических исследований НИЯУ МИФИ создан прототип аппаратуры, предназначенной для регистрации энергичных электронов, высыпающихся из внешнего радиационного пояса Земли и вызывающих полярные сияния. Прибор будет работать в составе космической платформы CubeSat 3U от компании ООО Геоскан. Автор: Константин Фрумкин, начальник отдела НИЯУ МИФИ Мониторинг околоземного пространства, отслеживание динамики радиационных поясов Земли и прогнозирование космической погоды – задачи, которые сегодня решают приборы на орбите, создаваемые в разных странах. Своя версия такого прибора разработана командой Лаборатории геокосмических исследований НИЯУ МИФИ – сотрудниками, студентами и школьниками. Поскольку прибор предназначен для малого космического аппарата – кубсата, – ему предстоит работать при очень жестких ограничениях по габаритам и энергопотреблению. Тем не менее по ключевому параметру – энергетическому разрешению прибора – уже сейчас удалось получить отличные значения. Сердце детектора – сцинтилляционный кристалл иодида цезия, активированный таллием (CsI(Tl). Принцип его работы основан на преобразовании энергии ионизирующего излучения в видимый свет. Когда гамма-квант или заряженная частица попадает в кристалл, она передает свою энергию электронам решетки. Атомы кристалла возбуждаются, а затем, возвращаясь в основное состояние, испускают фотоны – вспышку сцинтилляционного света. Интенсивность этой вспышки пропорциональна поглощенной энергии, что и позволяет восстанавливать энергию падающего в него излучения. Кристалл на основе иодида цезия является одним из наиболее эффективных сцинтилляторов для регистрации гамма-излучения и заряженных частиц. Кристалл слабо чувствителен к влажности и имеет время высвечивания порядка 700–900 наносекунд. Последнее важно для приборов, работающих в условиях высоких загрузок: слишком длинная вспышка ограничивала бы скорость счета и увеличивала мертвое время, что неизбежно сказывалось бы на статистике. Свет от кристалла собирается кремниевыми фотоумножителями (SiPM), которые преобразуют фотоны в электрический сигнал. Ключевая задача электроники – зарегистрировать этот сигнал с минимальными потерями и шумами, поскольку количество собранных фотонов напрямую определяет точность измерения энергии. Однако у CsI(Tl) есть особенность, которая и определяет сложность конструкции: свет в кристалле распространяется так, что значительная часть фотонов отражается от боковых граней и выходит через ту грань, которая оптически связана с фотодетектором. Если SiPM расположены неудачно, часть света теряется и энергетическое разрешение падает. Именно поэтому команда проекта перебрала большое число вариантов расположения SiPM. Требуется собрать максимум света от кристалла при минимальном количестве фотодетекторов, ведь каждый канал требует своей электроники, а место и потребление энергии в кубсате ограничено. Каждая конфигурация – это компромисс между эффективностью светосбора, равномерностью отклика по объему кристалла и сложностью электроники. Варианты с SiPM по краям или в форме креста могут давать лучший светосбор при меньшем числе каналов, но требуют более сложной обработки сигналов. Конфигурация 2×2 проще, но собирает меньше света. Продолжение читайте на нашем сайте! Фото: пресс-служба НИЯУ МИФИ Официальные ресурсы «Советской России»: Сайт: sovross-gazeta.ru ВК: vk.ru/sovrossgazeta МАКС: max.ru/channel_sovross_gazeta