БТН-Нейтрон

Изучение потоков быстрых и тепловых нейтронов
(БТН-Нейтрон)
Постановщик(-и):
И. Г. Митрофанов, д. ф.-м. н.,
академии наук (ИКИ РАН)
Институт
космических
исследований
Российской
Экспедиции 14, 15, 16, 17, 18, 19/20, 21/22, 23/24, 25/26, 27/28, 29/30, 31/32, 33/34,
продолжается






БТН-Нейтрон – Земля и Марс
БТН-Нейтрон – МКС
БТН-Нейтрон – Наземный сегмент
БТН-Нейтрон – Конструкция
БТН-Нейтрон – База данных
БТН-Нейтрон – Радиация МКС
Область исследования Физика космических лучей, Измерение радиации и дозиметрия
Экспериментальные
спектрометрические
исследования
нейтронных
полей
рассматриваются как источник наиболее точных данных для оценки радиационной
обстановки с учетом вклада потоков нейтронов в условиях длительных полетов при
переменной солнечной активности и источник новых данных для уточнения моделей
солнечной активности.
Эксперимент направлен на изучение пространственного и временного распределения
потоков и спектров нейтронов в околоземном космическом пространстве, в том числе во
время солнечных вспышек.
В ходе эксперимента проводится измерение временной динамики потоков нейтронов на
околоземной орбите в диапазоне от тепловых энергий до энергий выше 10 МэВ и гаммалучей с целью обеспечить набор данных для физической интерпретации и однозначного
отождествления различных компонентов нейтронного излучения в околоземном
космическом пространстве – потока нейтронов от верхней атмосферы, от конструкции
МКС и от солнечных протонных событий (СПС).
Целью эксперимента является решение фундаментальных астрофизических проблем и
прикладных проблем практической космонавтики, таких как:




исследование пространственной неоднородности и временной переменности
нейтронного альбедо атмосферы Земли под воздействием солнечных и
галактических космических лучей;
исследование потоков высокоэнергичных нейтронов от мощных солнечных
вспышек;
исследование радиационного фона нейтронов в окрестности МКС в различных
условиях полета;
отработка методов регистрации заряженных и нейтральных частиц на борту МКС
для последующих этапов эксперимента «БТН-Нейтрон» и других будущих
экспериментов.
1
В эксперименте используется бортовой телескоп нейтронов «БТН-М1».
Объектом исследования в эксперименте являются потоки нейтронов (в диапазоне от 0,4
эВ – 10 МэВ) и гамма-лучей (в диапазоне от 0,3 кэВ – 15 МэВ) на внешней РС МКС с
помощью пропорциональных гелиевых счетчиков и сцинтилляционных детекторов.
Установка аппаратуры БТН-М1 на
внешней поверхности служебного
модуля (СМ), 2006 г.
Использование результатов эксперимента на Земле
Сцинтилляторы, исследованные на радиационную стойкость в ходе эксперимента «БТННейтрон», применяются в настоящее время в научной аппаратуре, создаваемой в ИКИ
РАН.
Использование результатов эксперимента для освоения космоса
Результаты могут применяться для построения модели нейтронной радиационной
обстановки на околоземных и межпланетных космических пилотируемых комплексах.
Результаты
Космический эксперимент «БТН-Нейтрон» по научно-техническому уровню соответствует
лучшим достижениям нейтронной физики в области космоса. С учётом его уникальности
как единственного активного эксперимента по измерению нейтронов на МКС (с
регулярной передачей данных на Землю), получаемые результаты можно оценить как
наилучшие достижения мирового уровня.
1. По данным эксперимента, накопленным за период с февраля 2007 года по ноябрь
2011 года, экспериментально оценены спектры потока нейтронов снаружи МКС для
энергий от кадмиевого порога ~0.4 Эв до 10 Мэв, хорошо согласующиеся с результатами
других космических экспериментов.
2. Построены карты распределения потоков нейтронов для разных энергий на орбите
МКС, которые свидетельствуют о том, что поток нейтронов на станции значительно
варьируется в зависимости от её географического положения, что особенно ярко
проявляется при пролете над Южной Атлантической магнитной аномалией.
2
Карта распределения потоков нейтронов в энергетическом диапазоне от 0.4 эВ
до 100 кэВ. Цветовая шкала показывает скорость счета нейтронов.
3. Сделаны оценки скорости накопления доз вне гермоотсеков МКС от нейтронов с
энергиями от кадмиевого порога ~0.4 Эв до 10 Мэв, которые, в зависимости от
географического положения МКС, варьируются от 0.2 мЗв/час (в экваториальной зоне) до
5 мЗв/час (в области Южной Атлантической магнитной аномалии, ЮАМА). Эти данные
сопоставлены с данными подобного японского эксперимента BBND и показали хорошее
согласие с учетом различного уровня активности Солнца в указанных экспериментах.
4. Выполнены исследования деградации кристаллов перспективных гаммасцинтилляторов, показана применимость кристаллов LaBr3:Ce и LaCl3:Ce для
использования в будущих космических приложениях из-за низкой собственной
наведенной активности и малой деградации спектрометрических свойств.
5. Экспериментально подтвержден эффект увеличения потока нейтронов, вызванный
нарастанием потока галактических космических лучей в период спада солнечной
активности. Полученный результат находится в хорошем согласии с результатами
измерения потоков нейтронов на орбите Марса и сети нейтронных мониторов на Земле.
6. Начата работа по регистрации космических гамма-всплесков и других переменных
явлений (например, источников типа мягких повторяющихся гамма-всплесков) в гаммадиапазоне.
Публикации
БТН-Нейтрон – Земля и Марс
Tretyakov V.I., Kozyrev A.S., Litvak M.L., et. al.
“Comparison of neutron environment and neutron component radiation doze for space around
Earth and Mars from data from instrument HEND/Mars Odyssey and BTN/ISS”, 40th Lunar and
Planetary Science Conference, The Woodlands, Texas, USA, March 23–27, # 1292, 2009, paper
[англ.]
Mitrofanov, M. Litvak, V. Tretyakov et al
“Neutron components of radiation environment in the near-Earth and near-Mars space”,
Planetary and Space Science, 2009, v.57, article, issue 14-15,pp. 193-195
3
БТН-Нейтрон – МКС
Tretyakov V.I., Kozyrev A.S., Laygushin V.I., et. al
“Space experiment BTN-Neutron on International Spaсe Station – current status and future
stages”,
General Assembly of European Geosciences Union, Vienna, Austria, 19 – 24 April, 2009, paper
(Третьяков В.И., Козырев А.С., Лягушин В.И. и др., Космический эксперимент «БТННейтрон» на борту Международной космической станции – текущий статус и будущие
стадии, Генеральная Ассамблея Европейского Союза в области наук о Земле, Вена,
Австрия, 19-24 апреля, 2009.)
Третьяков В.И. и др., “Космический эксперимент «БТН-Нейтрон» на борту служебного
модуля «Звезда»
Международной космической станции”,
7-ая международная
конференция «Пилотируемые полеты в космос», 14-15 ноября 2007 г., Звездный Городок,
Россия, [русск.]
Третьяков В.И., Митрофанов И.Г. и др., “Начало первого этапа космического эксперимента
«БТН-Нейтрон» на борту Российского сегмента Международной космической станции”, жл «Космические исследования», 2008
V.I Tretyakov, A.S. Kozyrev et al
“Space experiment BTN-NEUTRON on INTERNATIONAL SPACE STATION – CURRENT STATUS and
future stages”, Geophysical Research Abstracts, 2009, v.11, article
Tretyakov V.I., Mitrofanov I.G., et. al.
“Space Experiment BTN-NEUTRON First Stage On-Board ISS Russian Segment”, Space Research,
2010, v.48, article, issue 4, pp.293-307
V. Tretyakov; I. Mitrofanov et al
“Space experiment BTN-Neutron onboard of Russian segment ISS”, 15th Workshops on
Radiation Monitoring for the International Space Station, Frascati, via Frascati 51, Monte Porzio
Catone, Italy, 2010, paper
БТН-Нейтрон – Наземный сегмент
Малахов А.В. и др., “Наземный сегмент для обеспечения получения, хранения и
обработки данных научного эксперимента «БТН-Нейтрон» на служебном модуле «звезда»
Международной
космической
станции”,
7-ая международная конференция
«Пилотируемые полеты в космос», 14-15 ноября 2007 г., Звездный Городок, Россия,
[русск.]
БТН-Нейтрон – Конструкция
Мокроусов М.И. и др. Разработка, создание и летные испытания аппаратуры БТН-М1 для
проведения космического эксперимента «БТН-Нейтрон» на борту Международной
космической станции, 7-ая международная конференция «Пилотируемые полеты в
космос», 14-15 ноября 2007 г., Звездный Городок, Россия, [русск.]
4
БТН-Нейтрон – База данных
Вострухин А.В., и др., “ Создание и использование информационнотелекоммуникационного центра и базы данных коллективного пользования по
результатам космических экспериментов в области ядерной планетологии для подготовки
пилотируемых
межпланетных
полетов”,
7-ая
международная
конференция
«Пилотируемые полеты в космос», 14-15 ноября 2007 г., Звездный Городок, Россия,
[русск.]
БТН-Нейтрон – Радиация МКС
V. Lyagushin; A. Kozyrev et al
“MEASUREMENTS OF NEUTRON ENVIRONMENT INSIDE AND OUTSIDE OF ISS”, 15th Workshops
on Radiation Monitoring for the International Space Station, Frascati, via Frascati 51, Monte
Porzio Catone, Italy, 2010, paper
V.Tretyakov; F. Fedosov; Kozyrev; M. Litvak; V. Lyagushin et al
“Space experiment “BTN-Neutron” on Russian segment of International Space Station”, 16th
Workshops on Radiation Monitoring for the International Space Station (WRMISS-16), Prague,
6-8th September 2011
D.G. Baranov, Yu.F. Gagarin, V.A. Dergachev, R.A. Nymmik, M.I. Panasyuk, E.A.
“Results of measuring the fluxes of solar energetic particles and methods of their
interpretation”, Cosmic Res., 2011, v.49, issue 6, pp. 469-476
5