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Detectores de radiación portátiles del tamaño de la palma de la mano
Investigadores del Instituto Nacional de Investigaciones Biomédicas Espaciales ( NSBRI ) y la Academia Naval de EE. UU. ( LABIO ) han desarrollado un detector de radiación novedoso para su uso durante las misiones espaciales, en particular las realizadas a la Luna y Marte, donde los niveles de energía son peligrosos y se estiman dosis aproximadas. El dispositivo, llamado microdosímetro, es pequeño y de baja potencia, y puede medir los niveles de radiación atmosférica en tiempo real.
Radiación expuesta : El instrumento de microdosímetro consiste en un sensor formado por células diminutas, cada una llamada detector de diodo único, que miden 10 por 10 por 2 micrones, el tamaño de un glóbulo rojo. Las células miden el nivel de radiación en la atmósfera por la cantidad de diminutas partículas de energía depositadas en cada célula. Los datos que recopilan se pueden registrar y evaluar en tiempo real.
Realmente estamos tomando la tecnología existente y llevándola a nuevos límites para poder aplicarla donde nunca antes se había aplicado, dice Vince Pisacane, investigador del Equipo de Desarrollo de Tecnología de NSBRI, profesor de ingeniería aeroespacial en la USNA, y el investigador principal de este proyecto . Al utilizar un dispositivo de silicio de fabricación propia de su equipo como sensor básico, Pisacane espera lograr el tipo de precisión necesaria para realizar estimaciones de la exposición a la radiación de los seres humanos en el espacio. Es realmente crítico [para la salud humana que] sea lo más preciso posible, dice.
Desde el Apolo misiones, la NASA ha volado una variedad de detectores de radiación en cada misión; la mayoría de estos detectores se han basado en una pieza de hardware: un dosímetro. Este dispositivo, que sigue siendo el instrumento más preciso utilizado por personas expuestas regularmente a la radiación en su trabajo, mide la cantidad total acumulada de exposición a la radiación y puede tomar la forma de una placa, un tubo del tamaño de un bolígrafo o una lectura digital. Pero el dispositivo, aunque es muy duradero y portátil, proporciona mediciones de la exposición a la radiación solo después del hecho, por lo que las dosis de radiación que reciben los astronautas mientras están en el espacio no se conocen hasta que regresan a la Tierra.
En la medida en que la exploración espacial implica misiones tripuladas, la necesidad de una mejor detección de radiación es aguda. En solo uno o dos días en la superficie lunar, los astronautas pueden recibir hasta 600 veces la cantidad de radiación que recibe una persona en la Tierra en un año, explica. Ann Kennedy , Profesor Richard Chamberlain de Investigación en Oncología y profesor en el Departamento de Oncología Radioterápica de la Facultad de Medicina de la Universidad de Pensilvania. Lo más preocupante es una erupción solar o un evento de partículas solares que puede ocurrir sin previo aviso por parte del sol que emite partículas en gran volumen, lo que lleva a altas dosis para los astronautas, explica. Los efectos de la exposición a radiación extrema pueden ser graves: vómitos, eritema (enrojecimiento de la piel), cáncer, leucemia e incluso la muerte.
Para construir una herramienta que pueda ayudar a los astronautas a evitar tales efectos, el equipo de Pisacane utilizó la idea central de un dosímetro, es decir, medir la cantidad total de exposición a la radiación, pero mide no solo la cantidad acumulada de radiación que recibe el cuerpo: también midiendo la cantidad acumulada que recibe cada célula del cuerpo. Al estudiar la radiación a escala microscópica, los investigadores esperan comprender mejor los efectos celulares de la radiación.
El microdosímetro, que es aproximadamente del tamaño de un paquete de cigarrillos, contiene una serie de células hechas de silicio, cada una típicamente del tamaño de un glóbulo rojo y dispuestas en un tablero electrónico como los cuadrados de un tablero de ajedrez. Cada celda registra continuamente la cantidad de pequeñas partículas de energía que se depositan. Algunas partículas depositarán más energía y de diferentes tipos que otras. Al observar estos datos, los investigadores pueden crear un espectro de energía que les permitirá medir el rango de energías y los valores que podrían depositarse dentro del cuerpo humano.
Además, el sistema es lo que Pisacane llama activo y puede tomar medidas en tiempo real de los niveles de radiación, alertando a los astronautas de inmediato si están en riesgo. Los trajes espaciales y las naves espaciales equipadas con sensores de microdosímetro podrían ayudar a que los astronautas tomen medidas de protección ante la aparición de una radiación mejorada.
Pero antes de que el dispositivo esté listo para misiones tripuladas, se probará en numerosos satélites en el transcurso de unos cinco años. Pisacane espera que con cada viaje, el dispositivo, que funciona con baterías AA y ya usa solo un vatio de energía cuando recopila datos de manera continua, se vuelva aún más pequeño, use menos energía con mayor confiabilidad. El microdosímetro hará su primer viaje al espacio el 8 de marzo, cuando subirá a STP-1, el vehículo de lanzamiento, como un experimento en el MidSTAR satélite construido por la USNA. El satélite contará con tres sensores microdosimétricos, uno exterior y dos interiores, uno de los cuales estará recubierto de polietileno, sustancia cuya permeabilidad es similar a la del tejido humano, pudiendo así simular los efectos de la radiación en el cuerpo humano. Los tres sensores estarán conectados a un módulo de salida electrónico que recopilará y almacenará datos para su transmisión a tierra.
El desafío central al crear uno de estos dispositivos es hacerlo preciso. Hay muchos elementos que hacen que funcione, dice Pisacane, y todo esto tiene que ser diseñado, las piezas tienen que fabricarse, tenemos que identificar los componentes eléctricos y ponerlos en el tablero, algunos de ellos son tan pequeños. Apenas puedo verlos.
De hecho, las cosas que hay que hacer para desarrollar dispositivos muy pequeños, de baja masa y de bajo consumo de energía para vuelos espaciales son excepcionalmente complicadas, explica Cary Zeitlin, científico de planta del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y ex investigador principal. del Experimento Ambiental de Radiación de Marte ( MARIE ). El proyecto MARIE, que fue financiado por la NASA, construyó un telescopio de partículas para medir los niveles de radiación en Marte y fue enviado a bordo del Odisea para pruebas en 2001. Aunque la tecnología sufrió dificultades de hardware después de un gran evento solar, fue capaz de recopilar información de dosis y fue un paso inicial en los esfuerzos de detección en Marte. El grupo de Pisacane está haciendo una variación en el tipo estándar de dosímetro, y es una nueva forma de medir las dosis de radiación que creo que es una aplicación novedosa, dice Zeitlin.
Si bien es extremadamente importante para las misiones espaciales tripuladas, el microdosímetro también debe tener aplicaciones terrestres. Puede ayudar a las personas que trabajan con energía nuclear, con compuestos nucleares, en aplicaciones médicas e industriales, y en aquellas áreas en las que es importante conocer los niveles de radiación, dice Jay Buckey , líder de equipo del Equipo de Desarrollo de Tecnología de NSBRI y profesor de medicina en la Facultad de Medicina de Dartmouth. Esta tecnología es una forma excelente y muy valiosa de rastrear la exposición a la radiación y una mejora de lo que tenemos ahora, dice.