Som del i det svenska statliga rymdbolagets (Swedish Space Corporation, SSC) SubOrbital Express-program erbjuds forskare och utbildare plats på sondraketer som tar vetenskapliga experiment till ca 250 km höjd för att uppleva runt 6 minuters tyngdlöshet och därefter ett våldsamt återinträde i vår atmosfär som avslutas med en hård landning i Lapplands ödemarker.
Detta program har utvecklats av SSC och Tysklands rymdorgan DLR och består av en drygt 12 meter hög tvåstegsraket som vid start väger ca 2.5 ton. I dess lastutrymme kan flertalet experiment monteras staplade på varandra och sedan 2005 har flertalet raketer av denna typ skjutits upp från Esrange utanför Kiruna.
Vinnarna av årets Rymdforskarskola (sommarläger för astronomiintresserade gymnasieelever, arrangerat av Astronomisk Ungdom) Anita Ali Asgar, Mabelle Hanna och Theodor Lennartsson fick möjlighet att bestämma vilken typ av experiment som skulle flyga: en mätare för kosmisk strålning. All utrustning som tillåts flyga på dessa raketer måste tåla relativt stora påfrestningar och kompakta strålningsmätare växer inte på träd.
I detta fall behövdes en kompakt, stryktålig och strömsnål strålningsmätare och av en händelse har Vetenskapens Hus sedan ett par år använt egentillverkade partikeldetektorer i ett gymnasiearbetesprojekt kring kosmisk strålning. Dessa detektorer använder vi främst för att mäta myoner (en ”kusin” till elektronen, som är ca 200 gånger tyngre och som bildas i övre atmosfären när kosmisk strålning krockar med luftmolekyler) men de kan mäta all sorts joniserande strålning. Detektorerna ärver många aspekter från projektet ”Cosmic Watch” (http://www.cosmicwatch.lns.mit.edu/) där man kan hitta instruktioner för att bygga en egen partikeldetektor! De detektorer vi använder visade sig vara för stora och är inte tillräckligt mekaniskt tåliga för att klara av rymdfärdens påfrestningar, så de behövde modifieras.
Detektorerna använder sig av ett 5×5 cm stort block av speciell plast som ”scintillerar”. Det är en egenskap som innebär att plasten skickar ut ljus när den träffas av joniserande strålning. I vårt fall så handlar det om kosmisk strålning (i huvudsak protoner) som slår loss elektroner i plasten. Dessa elektroner stöter till slut på molekyler i plasten som absorberar elektronerna och omvandlar dess energi till blått ljus.
I kontakt med plasten sitter en liten kamera kallad en ”kisel-fotomultiplikator”. Men till skillnad från en vanlig kamera består denna av bara en pixel, som dock är känslig nog att kunna detektera enstaka fotoner. Plasten, med kameran, är inlindad i reflekterande folie och svart tejp så att ljus utifrån inte kan ta sig in. Paketet (som är den tyngsta delen av experimentet och därför behöver vara väl förankrat) sitter monterat i en 3D-utskriven ram så att den inte kan röra sig.
Kameran skickar en mycket svag elektrisk signal till ett kretskort som förstärker signalen och som sedan mäts av en mikroprocessor. Denna processor är en ca 2x4cm stor dator som kan programmeras att mäta signaler, utföra beräkningar på dessa signaler och spara resultatet. I vårt fall sparas resultatet (tidpunkt och energiförlust för varje partikel som träffar detektorn) på ett minneskort.
Om allt går som det ska kommer vårt experiment startas ett par timmar innan raketen lyfter den 22a november. Den kommer då sitta på marken och mäta mängd strålning (även här på marken träffas vi av en hel del kosmiska partiklar och annan naturlig bakgrundsstrålning). Precis i startögonblicket får processorn en signal från raketen som sparas, så vi vet exakt tidpunkt och utifrån det kan vi räkna ut vid vilken höjd alla partikelträffar sker på.
Data från denna flygning kan sen jämföras med tidigare data vi samlat med liknande detektorer som med hjälp av en vätgasfylld väderballong nått 36km höjd (imponerande tyckte vi då, men ingenting jämfört med 250 km). Då märkte vi att vi fick mest partiklar vid ca 20km, eftersom en enstaka kosmisk proton ger upphov till en skur av hundratals ”sekundära” partiklar. Är man ovanför större delen av atmosfären så finns inte lika mycket sekundär strålning.
Titelbild: Uppskjutning av MASER 14 den 24 juni 2019. Credit: SSC, Dorian Hargarten, DLR.
Artikelbild: Partikeldetektorns olika komponenter: elektriskt isolerat lock, scintillator, kamera, mikroprocessor, batterierm, kontakt för aktivering och liftoff-signal, utvecklat av Vetenskens Hus och Astronomisk Ungdom. Credit: Astronomisk Ungdom och Henrik Åkerstedt.
