科学家开发用于研究太阳的探测器

MIPT的研究人员已经开发出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拾取质子，并以1 -10 MeV的电子能拾取质子。这涵盖了来自太阳的大部分高能粒子通量。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，粒子流或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，短暂的耀斑中有狭窄的电子流，持续时间从数十分钟到数小时不等。然后是带有宽泛冲击波的耀斑，持续了几天，主要包含质子，偶有较重的核。

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起什么作用，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。

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新奇，这种装置在基于地球的实验中无处不在。使用分段探测器可以使我们取得显著成果，以及我们自己的数学重建方法。”

《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，尽管较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，这使得将其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好。” “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限制。这意味着使该设备更小，更轻，并具有侧面屏蔽。我们还计划引入更精细的检测器分段，这将使得能够精确测量大约1 MeV的电子光谱。”