Vorläufige Ergebnisse winziger Lithiumfluorid-Kristalle an Bord von Orion deuten darauf hin, dass Astronauten in Mondnähe stärkerer Strahlung ausgesetzt sind als im niedrigen Erdorbit, der Unterschied aber kleiner ausfällt als gedacht.
Während der unbemannten Artemis-I-Mission der NASA Ende November und Anfang Dezember 2022 hatte die Orion-Kapsel mehr als 10.000 winzige Kristalle in zwei menschenähnlichen Puppen an Bord, um die Strahlenbelastung rund um den Mond zu erfassen. Darunter befanden sich mehrere Dutzend experimentelle fluoreszierende Lithiumfluorid-Detektoren, die am Institut für Kernphysik der Polnischen Akademie der Wissenschaften (IFJ PAN) in Krakau entwickelt wurden und im Rahmen des Matroshka AstroRad Radiation Experiment (MARE) mitflogen. Das Institut lieferte zudem knapp 600 thermolumineszente Kristalldetektoren, die ein anderes Messverfahren nutzen. Die Forschenden haben nun in der Fachzeitschrift Radiation Measurements eine neue Methode zur Auswertung der in den Kristallen gespeicherten Daten beschrieben.
Laut dem polnischen Team arbeiten die Lithiumfluorid-Detektoren passiv wie ein Fotofilm: Geladene Teilchen erzeugen Defekte im Kristall, und bei Bestrahlung mit blauem Licht leuchten diese Stellen rot, sodass sich einzelne Teilchenspuren unter dem Fluoreszenzmikroskop verfolgen lassen. Nach Korrekturen und einer Software zur Entfernung von Hintergrundlicht wichen die Ergebnisse im überlappenden Bereich der Energiedeposition höchstens 15 Prozent von denen herkömmlicher Spurdetektoren ab; zudem erfassten die Kristalle Spuren unterhalb der Nachweisschwelle früherer Geräte, sagt Prof. Pawel Bilski vom IFJ PAN. Im Vergleich mit dem früheren MATROSHKA-Experiment auf der Internationalen Raumstation berichtet das Team, dass die Van-Allen-Gürtel in Mondnähe keine niederenergetischen eingefangenen Protonen mehr beisteuern, die im niedrigen Erdorbit den Großteil der Dosis ausmachen können. Stattdessen dominieren hochenergetische galaktische Teilchen, und die Dosis verteilte sich nahezu gleichmäßig in den Puppen. Die Gesamtdosen in Mondnähe seien höher als im Erdorbit, so Bilski, der Unterschied sei aber nicht so groß, wie man intuitiv vermuten würde.
Die Werte gelten als vorläufig und stammen von einem einzigen unbemannten Flug, sodass sich daraus allein keine Sicherheitsgrenzen für künftige Besatzungen ableiten lassen. Die Forschenden weisen darauf hin, dass die nur wenige Millimeter großen Kristalle klein genug sind, um von Menschen getragen zu werden, schärfere Spurbilder liefern als Kunststoffdetektoren, die chemisch geätzt werden müssen, und bei Anreicherung mit Lithium-6 auch Neutronen registrieren können. Das ist für die Strahlungsüberwachung künftiger Mondmissionen von Bedeutung. Die MARE-Forschung wurde durch eine Förderung des polnischen Nationalen Wissenschaftszentrums im Programm OPUS unterstützt. Diese Darstellung stützt sich auf die Beschreibung der eigenen Studie durch das Forschungsinstitut; die Schlussfolgerungen sind daher als Ergebnisse der Autoren zu verstehen und nicht als unabhängig reproduzierte Resultate.
