[논문 리뷰] In-flight performances of SilEye-2 Experiment and cosmic ray abundances inside space station Mir

S. Avdeev, V. Bidoli외 25명|arXiv (Cornell University)|2001. 07. 06.

Radiation Therapy and Dosimetry참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 미르 공간 정류장에 탑재된 SilEye-2 실험을 통해 비행 중 성능 및 우주선 측정 결과를 제시한다. 여섯 층의 실리콘 스트립 검출기를 사용하여 약 ~150 MeV/n 이상의 에너지를 가진 붕소에서珪소까지의 우주선 핵종을 식별한다. 방사능 환경의 변화, 특히 7건의 태양 입자 사건을 포함하여, 갇힌 프로톤으로 인해 남대서양 비정상 지역(SAA)에서 선형 에너지 전달(LET)과 흡수선량이 가장 높음을 확인하였으며, 은하계 우주선이 支배하는 고위도 지역에서는 일일 선량 등가가 840 ± 50 μSv/day에 이르렀다.

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.

연구 동기 및 목표

• 미르 공간 정거장에 탑재된 SilEye-2 우주선 검출기의 비행 중 성능과 방사능 환경을 연구하기 위해.
• 미르 내부에서 ~150 MeV/n 이상의 에너지를 가진 붕소에서珪소까지의 핵종 농도를 측정하기 위해.
• 다양한 지자기 영역에서의 우주선 플럭스와 선형 에너지 전달(LET)의 시간적 변화를 평가하기 위해.
• 우주비행사들이 관찰한 빛의 반짝임(LF) 관측 결과와 입자 측정 결과를 연관지어 방사선 유도 시각 현상을 이해하기 위해.
• 미래 국제우주정거장에서의 방사선 모니터링을 위한 자료를 제공하고, 우주비행 안전성에 기여하기 위해.

제안 방법

• SilEye-2는 우주선의 에너지 손실과 전하를 측정하기 위해 여섯 개의 활성 실리콘 스트립 검출기를 사용하여 철까지의 핵종 식별이 가능했다.
• 검출기는 우주비행사들이 헬멧에 장착하여 눈에 입사하는 입자의 입사각을 최대한 커버할 수 있도록 구성되었다.
• 시간 태그 50 ms를 사용하여 입자 사건을 미르의 궤도 위치와 지자기 위치와 연계하여 데이터를 확보하였다.
• 실리콘 층에서의 에너지 손실과 궤적의 기하학적 특성을 통해 입자 식별을 수행하였으며, Z = 5에서 26까지의 핵종에 대해 충분한 전하 분辩 능력을 확보하였다.
• 선형 에너지 전달(LET)은 총 에너지 손실을 입사 각도로 정규화하여 실리콘과 물에서의 선량 추정을 가능하게 하였다.
• 측정된 LET로부터 원래의 프로톤 스펙트럼을 재구성하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 시행하였으며, 에너지 의존성 단면적과 물질 효과를 고려하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SilEye-2 검출기가 미르 공간 정거장에서 비행 중에 우주선 농도를 측정하는 데 어떻게 성능을 발휘하였는가?
• RQ2 미르 내부에서 다양한 지자기 영역(SAA, L>2, L<2)에서의 우주선 플럭스와 조성이 어떻게 변화하는가?
• RQ3 간직된 프로톤과 은하계 우주선이 각각 다른 궤도 영역에서 선형 에너지 전달(LET)과 흡수선량에 기여하는 정도는 어떠한가?
• RQ4 1998년에서 1999년 사이 운영 기간 동안 태양 입자 사건이 SilEye-2가 측정한 방사능 환경에 어떤 영향을 미쳤는가?
• RQ5 우주선 플럭스와 우주비행사들이 관찰한 빛의 반짝임(LF) 발생 빈도 사이의 관계는 어떠한가?

주요 결과

• SilEye-2는 1998년 8월에서 1999년 8월 사이에 총 1,068시간 동안 운영되었으며, 1,000만 건 이상의 입자 사건을 확보하고 7건의 태양 입자 사건을 감지하였다.
• 이 기구는 붕소에서珪소까지의 우주선에 대해 약 ~150 MeV/n 이상의 에너지에서 견고한 성능과 신뢰할 수 있는 핵전하 식별 능력을 보였다.
• 남대서양 비정상 지역(SAA)에서는 갇힌 프로톤이 LET 스펙트럼을 지배하여 실리콘에서 일일 선량이 271 ± 15 μGy/day에 이르렀다.
• 지자기 마이너스가 낮은 고위도 지역(L>2)에서는 고원자번호의 은하계 우주선 플럭스가 증가하여 선량 등가가 840 ± 50 μSv/day에 이르렀다.
• SAA 영역에서 측정된 LET는 프로톤에 의해 1 keV/μm에서 피크를 보였으며, 고LET 핵분획의 기여도가 뚜렷했다.
• 남은 저위도 지역(L<2, SAA 외부)의 선량 등가는 250 ± 20 μSv/day로, SAA 및 고위도 지역보다 유의미하게 낮았다.