[論文レビュー] In-flight performances of SilEye-2 Experiment and cosmic ray abundances inside space station Mir

S. Avdeev, V. Bidoli+25 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2001

Radiation Therapy and Dosimetry参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、ミール宇宙ステーション搭載のSilEye-2実験から得られたフライト中の性能および宇宙線測定結果を提示している。6層のシリコンストリップ検出器を用いて、150 MeV/n以上のエネルギーを持つホウ素からケイ素までの宇宙線核を同定している。放射線環境の変動、特に7件の太陽粒子イベントの影響について報告しており、南大西洋帯域（SAA）では捕獲された陽子が線形エネルギー移譲（LET）と吸収線量の最大値を示しており、高緯度地域では銀河宇宙線が支配的であるため、線量当量が1日あたり840 ± 50 μSvに達している。

ABSTRACT

Cosmic ray measurements performed with the instrument SilEye-2 on Mir space station are presented. SilEye-2 is a silicon detector telescope for the study of the causes of Light Flashes perception by astronauts. As a stand-alone device, it monitors in the short and long term the radiation composition inside Mir. The cosmic ray detector consists of an array of 6 active silicon strip detectors which allow nuclear identification of cosmic rays up to Iron. The device was operational for more than 1000 hours in the years 1998-2000, measuring also several Solar Particle Events. In this work we present the in-flight performance of the instrument and nuclear abundance data from Boron to Silicon above ~150 MeV/n inside Mir.

研究の動機と目的

• ミール宇宙ステーションに搭載されたSilEye-2宇宙線検出器のフライト中の性能と放射線環境を調査すること。
• ステーション内でのエネルギーが約150 MeV/n以上のホウ素からケイ素までの宇宙線核の濃度を測定すること。
• 異なるgeomagnetic地域における宇宙線フラックスおよび線形エネルギー移譲（LET）の時間的変動を評価すること。
• 宇宙飛行士による光閃光（LF）観測と粒子測定を照合し、放射線誘発性視覚現象を理解すること。
• 将来の国際宇宙ステーションにおける宇宙放射線モニタリングのためのデータを提供し、有人宇宙飛行の安全性を高めること。

提案手法

• SilEye-2は、入射宇宙線のエネルギー損失と電荷を測定するための6つのアクティブなシリコンストリップ検出器を用い、鉄までの中性子核同定が可能であった。
• 検出器は宇宙飛行士のヘルメットに装着される形で装着され、目の方向に到達する粒子の角度カバレッジを最大化した。
• データ取得には50 msのタイムスタンプを用い、粒子イベントをミールの軌道位置およびgeomagnetic位置と照合した。
• シリコン層内でのエネルギー損失およびトラックトポロジーを用いて核同定が行われ、Z = 5から26の核に対して十分な電荷分解能が得られた。
• 線形エネルギー移譲（LET）は、入射角に従って全エネルギー損失を正規化することで算出され、シリコンおよび水における線量推定が可能になった。
• 測定されたLETから元の陽子スペクトルを再構成するためのモンテカルロシミュレーションが実施され、エネルギー依存の断面積および材料効果を考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミール宇宙ステーションで運用されたSilEye-2検出器は、宇宙線濃度を測定する上で、どのようにフライト中の性能を発揮したか？
• RQ2 ミール内における異なるgeomagnetic地域（SAA、L>2、L<2）における宇宙線フラックスおよび組成は、どのように変動するか？
• RQ3 捕獲陽子と銀河宇宙線は、異なる軌道地域における線形エネルギー移譲（LET）および吸収線量に、それぞれどのように寄与しているか？
• RQ4 太陽粒子イベントは、1998年から1999年の間のSilEye-2の運用中、放射線環境にどのように影響を与えたか？
• RQ5 宇宙線フラックスと宇宙飛行士が観測した光閃光の発生頻度の間に、どのような関係があるか？

主な発見

• SilEye-2は1998年8月から1999年8月までに1,068時間にわたり運用され、1000万件を超える粒子イベントを取得し、7件の太陽粒子イベントを検出した。
• 本装置は、150 MeV/n以上のエネルギーを持つホウ素からケイ素までの宇宙線に対して、強固な性能と信頼性の高い核電荷同定を示した。
• 南大西洋帯域（SAA）では、捕獲陽子がLETスペクトルを支配し、シリコン内での線量は271 ± 15 μGy/日となった。
• 高緯度地域（L>2）では、geomagneticカットオフが低いため、高Zの銀河宇宙線のフラックスが増加し、線量当量は840 ± 50 μSv/日に達した。
• SAA地域における測定されたLETは、陽子に起因する1 keV/μmのピークを示し、高LET核片の寄与も顕著であった。
• 残りの低緯度地域（L<2、SAA外）の線量当量は250 ± 20 μSv/日であり、SAAおよび高緯度地域に比べて顕著に低かった。