APXS

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 3. ledna 2019; kontroly vyžadují 7 úprav .

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] .

Fyzikální procesy

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]

Alfa protonový rentgenový spektrometr

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  uhlíkudusíkukyslíku ). 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 roverů MER a MSL

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  . sodíkhořčíkhliníkkřemíkvápníkželezosíra ) 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.

Poznámky

  1. 12 Patterson , JH; Franzgrote, EJ; Turkevič, A.L.; Anderson, W. A.; Economou, T.E.; Griffin, H. E.; Grotch, S.L.; Sowinski, KP Experiment s rozptylem alfa na Surveyor 7 – Srovnání s Surveyors 5 a 6  //  Journal of Geophysical Research  : deník. - 1969. - Sv. 74 , č. 25 . - S. 6120-6148 . - doi : 10.1029/JB074i025p06120 . - .
  2. 1 2 Hovestadt, D.; Andreichikov, B.; Bruckner, J.; Economou, T.; Klecker, B.; Kunneth, E.; Laeverenz, P.; Mukhin, L.; Prilutskii, A. In-situ měření složení povrchu Marsu Měsíc Phobos: Experiment Alpha-X na misi Phobos  //  Abstrakty konference o lunárních a planetárních vědách: časopis. - 1988. - Sv. 19 . S. 511 . - .
  3. 1 2 Rieder, R.; Wanke, H.; Economou, T. An Alpha Proton X-Ray Spectrometer for Mars-96 and Mars Pathfinder  //  American Astronomical Society: journal. - 1997. - Sv. 28 . S. 1062 . - .
  4. 12 R. Rieder ; H. Wänke; T. Economou; A. Turkevič. Stanovení chemického složení půdy a hornin na Marsu: Alfa protonový rentgenový spektrometr  //  Journal of Geophysical Research  : deník. - 1997. - Sv. 102 , č. E2 . - str. 4027-4044 . - doi : 10.1029/96JE03918 . - .
  5. R. Rieder; R. Gellert; J. Brückner; G. Klingelhofer; G. Dreibus; A. Yen; S.W. Squyres. Nový rentgenový spektrometr alfa částic Athena pro Mars Exploration Rovers  //  Journal of Geophysical Research  : deník. - 2003. - Sv. 108 , č. E12 . - str. 8066 . - doi : 10.1029/2003JE002150 . - .
  6. Alfa protonový rentgenový spektrometr (APXS) - Název mise: Philae . NASA (26. srpna 2014). Získáno 14. 8. 2018. Archivováno z originálu 12. 7. 2015.
  7. Užitečné zatížení pro misi Chandrayaan-2 dokončeno . isro.gov.in. _ Indická organizace pro výzkum vesmíru (30. srpna 2010). Získáno 7. srpna 2012. Archivováno z originálu 15. října 2012.
  8. 1 2 3 Start Mars Science Laboratory. Alfa částicový rentgenový spektrometr (APXS)  // NASA. - 2011. - S. 13-15. Archivováno z originálu 26. června 2017.
  9. 1 2 3 4 Mars Exploration Rover  (polsky)  (nepřístupný odkaz) . NASA/JPL . Archivováno z originálu 25. května 2015.
  10. 1 2 Rieder, R.; Wanke, H.; Economou, T. Alfa protonový rentgenový spektrometr pro Mars-96 a Mars Pathfinder  // American Astronomical Society. - 1996. - Sv. 28. – S. 1062. Archivováno z originálu 10. dubna 2019.
  11. Mars rover Curiosity přistává na Rudé planetě . RIAR (6. srpna 2012). Staženo 14. února 2019. Archivováno z originálu 25. ledna 2021.
  12. USA potřebují ruské izotopy curium-244 k letu na Mars . Lenta.ru (28. listopadu 2014). Získáno 14. února 2019. Archivováno z originálu dne 21. října 2020.
  13. Zdroje kuria-244 vyrobené společností SSC RIAR využije Indie pro lety na Měsíc . RIAR (14. února 2017). Staženo 14. února 2019. Archivováno z originálu 25. ledna 2021.
  14. Rosatom pomůže Indii studovat Měsíc pomocí záření . RIA Novosti (13. února 2017). Staženo 14. února 2019. Archivováno z originálu dne 27. ledna 2021.
  15. 1 2 3 4 5 Rentgenový spektrometr alfa částic (APXS  ) . NASA/JPL . Archivováno z originálu 17. listopadu 2014.