Компактный прибор для изучения полярных сияний с орбиты создается в МИФИ
30.10.2026
Прототип миниатюрного спектрометра "Наталия" для изучения космического пространства и атмосферных явлений из космоса создали в лаборатории геокосмических исследований Национального исследовательского ядерного университета МИФИ. Работа системы основана на регистрации гамма-излучения из космоса и потоков заряженных частиц. В частности, прибор может фиксировать энергичные электроны, высыпающиеся в атмосферу Земли и вызывающие полярные сияния. Аппаратурой планируется оснащать небольшие космические платформы, такие как CubeSat 3U от компаний "Геоскан" и "Спутникс". Проект имеет и образовательную составляющую: вместе с учеными в нем участвуют студенты и школьники, которые приобретают первый серьезный практический опыт научного космического приборостроения.
Перед учеными была поставлена нетривиальная задача: создать очень компактную и энергоэффективную систему для работы в составе малого космического аппарата. Разработка успешно движется к цели — уже на стадии прототипа спектрометр демонстрирует высокое энергетическое разрешение (способность различать близкие по энергии заряженные частицы), критически важное для предстоящих исследований.
Основа прибора — сцинтилляционный кристалл иодида цезия, активированный таллием (CsI(Tl)). Он испускает вспышки света под воздействием ионизирующего излучения и считается одним из лучших сцинтилляторов для его регистрации. Процесс выглядит так: заряженная частица или гамма-квант, попадая в кристалл, передают энергию электронам в его решетке. Атомы переходят в возбужденное состояние, а затем, возвращаясь в норму, излучают фотоны. Это выглядит как вспышка видимого света, которую и регистрирует спектрометр. По ее яркости можно определить, какую энергию несло зарегистрированное излучение.
Выбранный учеными кристалл испускает крайне короткие вспышки света — они длятся около 700–900 наносекунд. Это немаловажно при работе с интенсивным излучением: если материал откликается на каждую порцию электронов слишком долгим свечением, он неизбежно "упускает из вида" часть заряженных частиц, что снижает точность измерений.
Чтобы аппаратура смогла "посчитать" количество света, излученного атомами кристалла, фотоны нужно преобразовать в электрический сигнал. Эту работу выполняют кремниевые фотоумножители (SiPM). Сигналы должны регистрироваться с минимумом потерь и шумов, поскольку именно по числу зарегистрированных фотонов оценивается энергия пойманного прибором излучения. Однако задачу с кристаллом CsI(Tl) осложняют особенности распространения света внутри материала: при неправильном расположении фотоумножителя часть светового сигнала не будет зафиксирована. Для максимальной эффективности ученые рассмотрели множество конфигураций SiPM в поисках той, что позволит регистрировать максимум света при минимуме детекторов. Каждый добавляемый датчик увеличивает энергозатраты и требует дополнительного пространства для размещения электроники.
С деталями технологии корреспондента "Научной России" познакомил руководитель проекта, кандидат физико-математических наук Андрей Георгиевич Майоров — глава Лаборатории геокосмических исследований и доцент кафедры №7 "Экспериментальная ядерная физика и космофизика" НИЯУ МИФИ.
Читайте продолжение статьи на портале "Научная Россия"
Перед учеными была поставлена нетривиальная задача: создать очень компактную и энергоэффективную систему для работы в составе малого космического аппарата. Разработка успешно движется к цели — уже на стадии прототипа спектрометр демонстрирует высокое энергетическое разрешение (способность различать близкие по энергии заряженные частицы), критически важное для предстоящих исследований.
Основа прибора — сцинтилляционный кристалл иодида цезия, активированный таллием (CsI(Tl)). Он испускает вспышки света под воздействием ионизирующего излучения и считается одним из лучших сцинтилляторов для его регистрации. Процесс выглядит так: заряженная частица или гамма-квант, попадая в кристалл, передают энергию электронам в его решетке. Атомы переходят в возбужденное состояние, а затем, возвращаясь в норму, излучают фотоны. Это выглядит как вспышка видимого света, которую и регистрирует спектрометр. По ее яркости можно определить, какую энергию несло зарегистрированное излучение.
Выбранный учеными кристалл испускает крайне короткие вспышки света — они длятся около 700–900 наносекунд. Это немаловажно при работе с интенсивным излучением: если материал откликается на каждую порцию электронов слишком долгим свечением, он неизбежно "упускает из вида" часть заряженных частиц, что снижает точность измерений.
Чтобы аппаратура смогла "посчитать" количество света, излученного атомами кристалла, фотоны нужно преобразовать в электрический сигнал. Эту работу выполняют кремниевые фотоумножители (SiPM). Сигналы должны регистрироваться с минимумом потерь и шумов, поскольку именно по числу зарегистрированных фотонов оценивается энергия пойманного прибором излучения. Однако задачу с кристаллом CsI(Tl) осложняют особенности распространения света внутри материала: при неправильном расположении фотоумножителя часть светового сигнала не будет зафиксирована. Для максимальной эффективности ученые рассмотрели множество конфигураций SiPM в поисках той, что позволит регистрировать максимум света при минимуме детекторов. Каждый добавляемый датчик увеличивает энергозатраты и требует дополнительного пространства для размещения электроники.
С деталями технологии корреспондента "Научной России" познакомил руководитель проекта, кандидат физико-математических наук Андрей Георгиевич Майоров — глава Лаборатории геокосмических исследований и доцент кафедры №7 "Экспериментальная ядерная физика и космофизика" НИЯУ МИФИ.
Читайте продолжение статьи на портале "Научная Россия"