39
page 1 Актуальные вопросы радиационной безопасности длительных космических полѐтов К 50-летию первого полѐта человека в космос Синхронные измерения космического радиационного фона на орбитах вокруг Земли, Луны и Марса И.Г.Митрофанов Институт космических исследований РАН

К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 1

Актуальные вопросы радиационной безопасности длительных космических полѐтов

К 50-летию первого полѐта

человека в космос

Синхронные измерения космического радиационного фона

на орбитах вокруг Земли, Луны и Марса

И.Г.Митрофанов

Институт космических исследований РАН

Page 2: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 2

HEND/MO 2001

LEND/LRO 2009

BTN-M1/ISS 2006

Neutron components of radiation dozes near Earth, Mars and Moon

Page 3: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 3

HEND/MO 2001

LEND/LRO 2009

BTN-M1/ISS 2006

Neutron components of radiation dozes near Earth, Mars and Moon

Page 4: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 4

HEND

Gamma Ray

Spectrometer b

NASA orbiter

Odyssey started

the mapping

stage on 18

February, 2002.

Its polar orbit

has the period 2

hours and the

altitude 400 km

Mars Odyssey: investigation with HEND

Page 5: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 5

Mars Odyssey: investigation with HEND

North South

Epithermal neutron flux map

Page 6: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 6

Depth (cm)

Water (%)

40N

40N

North high latitudes ice depth and water content distributions

Mars Odyssey: investigation with HEND

Page 7: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 7

Depth (cm)

Water (%)

40S

40S

South high latitudes ice depth and water content distributions

Mars Odyssey: investigation with HEND

Page 8: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 8

Double layered model can be implemented both to Northern and Southern high latitude regions. But ice depth on South polar area 1.5 times larger than one at North

Mars Odyssey: investigation with HEND

Page 9: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 9

HEND/MO 2001

LEND/LRO 2009

BTN-M1/ISS 2006

Neutron components of radiation dozes near Earth, Mars and Moon

Page 10: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 10

Detection unit

(outside ISS)

• measure of fluxes of neutrons in wide energy range: from epithermal (~0.4 eV) up to fast (~ 10 MeV) neutrons;

• measure X-ray and gamma radiation in energy range 30 keV-10 MeV.

Electronics unit

(inside ISS)

• power supply and control;

• command transmission;

• science data and telemetry transmission on board;

• temporary storage of data and telemetry in case of unexpected delay in transmission;

ISS: investigation with BTN-M1

Page 11: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 11

BTN M1 DU is onboard:

23 November 2006 (EVA-17)

26 February 2007 (EVA-17A)

BTN M1 EU is power on:

03 November 2006

Detection unit

(outside ISS)

Electronics unit

(inside ISS)

ISS: investigation with BTN-M1

Page 12: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 12

BTN M1

ISS: investigation with BTN-M1

Page 13: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 13

Equator

Neutrons 0.4 eV – 100 keV

Neutrons 300 keV – 10 MeV

Gamma 30 keV – 10 MeV

5 detectors = 6 signals:

• 4 “neutron signals”

• 3He counters - SD, MD, LD

• stylbene SC/IN/N

• 2 “gamma signals”

• stylbene SC/IN/G

• CsI:Tl 3+

SAA

High latitudes

ISS: investigation with BTN-M1

Page 14: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 14

Neutron map for Stylbene Detector (300 keV – 10 MeV)

Neutron map for 3He Detector (0,4 eV – 100 keV)

Gamma map for CsI:Tl+3 Detector (100 keV – 10 MeV)

ISS: investigation with BTN-M1

Page 15: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 15

21 January 2010 step in gamma background near 10:30 UT Upper plot - channels 0- 4 of CsI:Tl Central plot - channels 5 - 10 of CsI:Tl Low plot - channels 11 - 16 of CsI:Tl

18 March 2010 step in gamma background near 08:00 UT Upper plot - channels 0 - 4 of CsI:Tl Central plot - channels 5 - 10 of CsI:Tl Low plot - channels 11 - 16 of CsI:Tl

Gamma altimeter «KAKTUS-2В» with Со-60,

ISS: investigation with BTN-M1

Page 16: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 16

Energy [Mev]

Flu

x [

1/(c

m2*

se

c*

Me

v)]

ISS: investigation with BTN-M1

Page 17: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 17

HEND/MO 2001

LEND/LRO 2009

BTN-M1/ISS 2006

Neutron components of radiation dozes near Earth, Mars and Moon

Page 18: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 18

LEND consists of nine detectors

to measure fluxes of thermal, epithermal, and fast neutrons.

CSETN 1-4(inside)

SHEN(inside)

SETN

STN 1

STN 3

CSETN 1-4

SHEN

SETN

STN 1

STN 3

STN 2

Main Instrument

Collimator

LRO: investigation with LEND

Page 19: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 19

LEND polar mapping: North Pole

Page 20: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 20

LEND polar mapping: South Pole

Page 21: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 21

Original model for testing: Permanently Shadowed Regions (PSRs) were thought to be the main contributors to

extended neutron suppression at lunar poles

Map of epithermal

neutrons at South pole

from NS

of Lunar Prospector

LRO: investigation with LEND

Page 22: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 22

LEND/LOLA data: PSRs are not the main contributors

to extended neutron suppression at lunar poles

Map of epithermal

neutrons at South pole

from LEND

of LRO

LRO: investigation with LEND

Page 23: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 23

Shoemaker crater: Neutron Suppression Region (NSR) PSR

Shoemaker NSR has the contour close to the boundary of PSR: H = 190 ppm

LRO: investigation with LEND

Page 24: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 24

Diviner and LEND: low temperature of surface and subsurface at NSRs points

out that hydrogen-rich layer is under 5 cm of hydrogen-low upper-most layer

Estimated total content of water ice in Cabeus NSR is about 0.5 – 4.0 %

LRO: investigation with LEND

Cabeus crater: Neutron Suppression Region (NSR) >> PSR

Page 25: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 25

LRO LCROSS

Cabeus site was suggested by LRO/LEND, as the best impact target for LCROSS: Direct measurements of water corresponds to

5.6 ± 2.4 %

Suppression of neutron emission in Cabeus is measured by LEND as

0.33 ± 0.09 cts/s (3.7 )

which corresponds to

0.5 – 4.0 % WEH

LEND

LRO: investigation with LEND

Page 26: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 26

HEND/MO 2001

LEND/LRO 2009

BTN-M1/ISS 2006

Neutron components of radiation dozes near Earth, Mars and Moon

Page 27: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 27

Experiments

Conditions

&

Detectors

Neutron doze rate

[mSv/h]

BTN / ISS

Outside ISS

3 He3+SC (Stylbene)

0,4 eV- 10 MeV

0.2 (Equator)

2.0 (High latitude areas)

5.0 (SAA)

HEND / MO

Outside MO

3 He3+SC (Stylbene)

0,4 eV- 10 MeV

1,1 (Solis Planum)

0,8 (High latitude areas)

LEND / LRO

Outside LRO

8 He3+SC (Stylbene)

0,025 eV - 10 MeV

5.0 (on orbit)

Radiation environment: Neutron dozes near Earth, Mars and Moon

Page 28: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 28

25 January 2009

HEND / Mars Odyssey

BTN / ISS

Radiation environment: Detection of Gamma Ray Bursts

Page 29: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 29

HEND / Mars Odyssey

15 March 2009

Radiation environment: Detection of Gamma Ray Bursts

BTN / ISS

Page 30: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 30

Radiation Environment: Detection of Solar Flares

MO/HEND, neutrons

Page 31: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 31

Radiation Environment: Detection of Solar Flares

MO/HEND, particles

Page 32: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 32

Detection of Solar Flares

LRO/LEND, neutrons

Page 33: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 33

Detection of Solar Flares

GOES

LRO/LEND, particles

Page 34: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 34

Black : NM Climax

Longitude : 253.82

Latitude:39.37

Altitude: 3400 m

Red : NM

Haleakala

Longitude : 203.72

Latitude:20.72

Altitude: 3030 m

Blue: balloons

experiment

Monthly averaged intensity of primary CRs with E > 100 MeV (balloon experiments in Arctic (Black-Murmansk) and Antarctic (Red - Mirniy)

Radiation environment: Monitoring of Galactic Cosmic Rays near Earth and Mars

Page 35: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 35

Station : McMurdo Longitude : 77.9 S Latitude 166.6 E Altitude: 48 m

Radiation environment: Monitoring of Galactic Cosmic Rays near Earth and Mars

Page 36: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 36

Radiation environment: Monitoring of Galactic Cosmic Rays near Earth and Mars

Page 37: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 37

BTN-M1

outside

BTN-M2

inside

Future investigation: BTN-M2 on ISS

Page 38: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 38

Measurements without shielding covers

Measurements in different shielding covers combinations

Removable Shields Covers on 4p (6 it) LaBr3

Stylbene

3He counters (3 items)

Future investigation: BTN-M2 on ISS

Page 39: К 50 летию первого полѐта человека в космосlrb.jinr.ru/new/spacebio2011/mitrofanov.pdfчеловека в космос Синхронные измерения

page 39

HEND/MO 2001

LEND/LRO 2009

BTN-M1/ISS 2006

Neutron components of radiation dozes near Earth, Mars and Moon