Эксперимент MARE на борту космического корабля Orion во время миссии Artemis I позволил проверить новый способ измерения радиации в дальнем космосе. Вместо людей в креслах находились два антропоморфных манекена, имитировавших человеческие кости и мягкие ткани. В их тела встроили сотни датчиков, а результаты исследования возглавляемая Павлом Бильским группа из Института ядерной физики Польской академии наук опубликовала в журнале Radiation Measurements.
Особое внимание учёные уделили пассивным детекторам на основе лития, рассчитанным на длительную работу. За пределами магнитного поля Земли космическое излучение включает ядра самых разных элементов — от быстрых протонов водорода до тяжёлых ионов свинца. Для оценки его биологической опасности используют линейную передачу энергии, то есть количество кинетической энергии, которое заряженная частица передаёт веществу.
Тяжёлые ионы отдают значительную энергию на коротком участке пути и способны серьёзно повреждать биологические ткани. Ранее такие частицы отслеживали с помощью пластиковых ядерных детекторов, обычно изготовленных из полимера CR-39. После возвращения на Землю пластик обрабатывали горячим едким раствором гидроксида натрия, чтобы проявить оставленные частицами следы, однако процедура уничтожала детектор, создавала опасные отходы и требовала специальной работы.
В новом подходе использовали кристаллы фторида лития размером в несколько миллиметров. Проходящая частица выбивает электроны из кристаллической структуры, вызывая устойчивое изменение, известное как цветовой центр. При освещении лазером такие участки начинают светиться синим вдоль траектории частицы, поэтому след можно изучать без химического травления.
Однако излучение в космосе приходит со всех направлений, что усложняет интерпретацию изображений. Исследователям пришлось учитывать засветку от слоёв выше и ниже фокальной плоскости, а также различать перпендикулярные треки в виде ярких точек и косые следы, похожие на длинные тусклые полосы. Для восстановления энергетического спектра радиации они анализировали серии микроскопических изображений с интервалом в один микрометр и прослеживали треки через весь кристалл; в среднем диапазоне линейной передачи энергии результаты совпали с показаниями пластиковых детекторов, установленных рядом на манекене Зохар.
При высоких значениях передачи энергии кристаллы завысили дозу примерно на 30%. Учёные связали это с реакциями внутри фторида лития: вторичный нейтрон может столкнуться с ядром лития и сместить атом, создав дополнительный светящийся след. Для уменьшения эффекта проверили кристаллы с литием-7, а данные детекторов с природным литием исключили. Несмотря на необходимость калибровки, испытание показало перспективность метода для длительного контроля радиации при будущих полётах к Луне и в другие районы дальнего космоса, где экипажам придётся находиться за пределами защиты магнитного поля Земли.