Rentgenový spektrometr alfa částic ( APXS , z angličtiny - "Rentgenový spektrometr alfa částic") - spektrometr používaný k získání chemického složení hlavních a vedlejších prvků (s výjimkou vodíku ) zkoumaného vzorku. Vzorek je bombardován α-částicemi ( 4He2 + ) a rentgenovými paprsky . Detekce difúze těchto α-částic a rentgenová fluorescence, vyplývající z tohoto bombardování, umožňuje znát složení vzorku. Tato metoda rozboru elementárního složení vzorku se nejčastěji používá při vesmírných misích, kde je vyžadována nízká hmotnost, malé rozměry a minimální spotřeba energie. Jiné metody (jako je hmotnostní spektrometrie ) jsou rychlejší a nevyžadují použití radioaktivních materiálů, ale vyžadují větší zařízení s méně skromnými požadavky na energii. Variantou APXS je alfa protonový rentgenový spektrometr používaný na misi Mars Pathfinder , který také detekuje protony . APXS, stejně jako APS (předchozí verze bez rentgenového spektrometru ), byly použity v mnoha vesmírných misích : Surveyor [1] , Phobos [2] , Mars-96 [3] , Mars Pathfinder [4] , Mars Exploration Rover [ 5] , Mars Science Laboratory , Rosetta [6] . APS/APXS spektrometry budou zahrnuty do několika nadcházejících misí, včetně roveru Chandrayaan 2 [7] .
U APXS je zdrojem alfa záření obvykle curium-244 (poločas 18,1 roku) [8] . Při rozpadu alfa se generuje rentgenové záření mimo tok alfa, což komplikuje interpretaci zaznamenaných spekter - informace o charakteristické emisi rentgenového záření vzorku se tvoří s přihlédnutím k záření α-zdroje.
Vzhledem ke složité povaze fyzikálních procesů určování chemického složení studovaného materiálu (marsovské horniny nebo půdy) je vyžadováno současné použití různých typů detektorů. Mise Mars Pathfinder (1997) nesla APXS s detektorem částic na roveru Sojourner . Poté bylo zjištěno, že v případě lehkých prvků na povrchu vzorku (včetně uhlíku a kyslíku [9] ) je nejúčinnější charakteristikou záření alfa (energie a čísla související s odpovídajícím typem prvku a jeho koncentrací) . Pro prvky s atomovými čísly v rozmezí 9-14 je efektivní charakteristikou hodnota energie uvolněné protony a pro nejtěžší prvky (nejméně časté) - spektrum emitovaného rentgenového záření [9] .
První verze APXS, vybavené detektorem alfa částic, protonů a rentgenového záření, byly instalovány v 50. letech na americké přistávací moduly Surveyor 5-7 (1967-1968) [1] ; APXS byla také na palubě sovětské vesmírné stanice Phobos (1988) [2] . S jeho využitím se počítalo i v programu neúspěšné mise Mars-96 [3] [10] . Během mise Mars Pathfinder (1996-1997) vozítko Sojourner vezlo 600 g APXS se spotřebou 300 mW, připravené ke studiu koncentrace prvků, pokud jejich podíl přesáhne 1 % (včetně uhlíku , dusíku a kyslíku ). Paprsek alfa záření z curium-244 ( s aktivitou 50 mCi ) byl nasměrován na zkoumaný povrch o průměru 50 mm. Ruské zdroje záření na bázi kuria-244 vyráběné společností JSC „SSC RIAR“ byly dodány pro kompletaci alfa-protonových rentgenových spektrometrů roverů Sojourner, Opportunity a Curiosity [11] [ 12] , sestupového vozidla Philae . jako měsíční rover Vikram [13] [ 14] . Pro záznam rentgenového spektra a signálů přijímaných detektory záření částic (částice alfa a protony) byl použit elektronický modul o rozměrech 80 × 70 × 60 mm [10] .
APXS roveru Sojourner používaného během mise Mars Pathfinder [4] byl od té doby vylepšen. Vylepšená verze APXS byla instalována na palubu sondy Spirit (MER-A) a Opportunity (MER-B) pro průzkum Marsu , která přistála na rudé planetě v lednu 2004 [9] [15] .
Šest zářičů curium-244 bylo umístěno na hlavici detektoru APXS roverů MER, která byla namontována na jejich manipulátorech. Zářiče byly pokryty 3 μm silnou hliníkovou vrstvou, která snížila energii emitovaných α-částic z 5,8 na 5,2 MeV . V kolimátoru byl vytvořen paralelní paprsek o průměru 38 mm . Kolem zdrojů záření bylo umístěno šest detektorů rozptýlených částic alfa. Ve středu APXS byl křemíkový rentgenový detektor . Doba registrace pro jedno spektrum byla minimálně 10 hodin [9] .
Rover nové generace Mars Science Laboratory obdržel aktualizovanou verzi APXS [8] [15] . Změny oproti APXS roverů MER zahrnují zdvojnásobení množství kuria-244 (700 mikrogramů radioaktivního izotopu s aktivitou 600 mCi) a zavedení Peltierova prvku pro chlazení rentgenového detektoru, což umožňuje provoz během marťanského dne. Pro kalibraci APXS je na rover instalován čedičový terč. Hlava sondy může být v kontaktu se zkoumaným povrchem nebo nad ním v dané vzdálenosti (obvykle méně než 2 cm) viset [8] [15] .
APXS roveru MSL je několikrát citlivější než APXS roverů MER – asi třikrát lepší pro prvky s nízkým atomovým číslem a asi šestkrát lepší pro prvky s vyšším atomovým číslem . Analýza nízkých koncentrací, jako je 100 ppm pro nikl a asi 20 ppm pro brom , trvá asi 3 hodiny. Analýza prvků přítomných v množství kolem 0,5 % (např . sodík , hořčík , hliník , křemík , vápník , železo , síra ) se provádí do 10 minut (nebo rychleji) [15] .
Během analýzy lze zaznamenat až 13 spekter prezentovaných jako proud sériových signálů ze senzorů. Shromážděná data podle interního softwaru jsou rozdělena do stejných časových intervalů pro další zpracování [15] .
Alfa protonový rentgenový spektrometr Sojourner roveru . | Detailní záběr na spektrometr APXS mise Mars Exploration Rover . | Rovery APXS mise Mars Exploration Rover na Marsu | Spektrometr APXS roveru Mars Science Laboratory na Marsu. |