FREND ( Fine Resolution Epithermal Neutron Detector ) je epitermální neutronový detektor s vysokým rozlišením . FREND je jedním ze čtyř vědeckých přístrojů orbitálního modulu TGO mezinárodního projektu ExoMars . Hlavním úkolem přístroje je registrovat a mapovat neutronové toky vycházející z povrchu Marsu . FREND byl vyvinut na Oddělení jaderné planetologie Ústavu kosmického výzkumu Ruské akademie věd [1] [2]
Přístroj FREND je určen k detekci neutronových toků vycházejících z povrchu Marsu. Na základě těchto údajů je možné usuzovat na obsah vodíku ve vrstvě půdy Marsu do hloubky jednoho metru. Díky tomu lze předpokládat přítomnost vody a vodního ledu na povrchu nebo v připovrchové vrstvě. Navíc bude možné sledovat změnu průtoků v závislosti na ročním období. Údaje přístroje lze porovnat s údaji podobných přístrojů jiných marťanských misí, včetně přistávacích misí [3] .
Dalším úkolem experimentu FREND je analyzovat radiační situaci v okolí Marsu, toky nabitých částic a neutronů v závislosti na aktivitě Slunce. Dalším cílem experimentu je studium heliosféry během letu na Mars a příspěvku různých typů částic k radiačnímu prostředí. Nejnovější výzkumy jsou mimořádně důležité pro přípravu pilotovaných i bezpilotních misí [3] .
Pro zvýšení prostorového rozlišení přístroje na 40 kilometrů bylo použito speciální schéma vypracované na přístroji lEND: neutronový detektor je umístěn uvnitř kolimátorové clony , která pohlcuje neutrony letící z jiných směrů než nadir . Zařízení využívá 4 detektory založené na proporcionálních čítačích plněných heliem-3 ( 3 He) při tlaku 6 atmosfér. Zařízení detekuje neutrony s energiemi od 0,4 do 500 keV . Každý kanál pracuje a shromažďuje výsledky nezávisle na ostatních, aby se zvýšila spolehlivost přístroje a zlepšila se statistika měření [3] .
Kromě čtyř proporcionálních čítačů funguje v přístroji pátý, scintilační čítač. Je založen na krystalu stilbenu a detekuje neutrony a další vysokoenergetické částice s energiemi od 0,5 do 10 MeV [3] . Pro oddělení signálů vysokoenergetických nabitých částic a neutronů je čítač opatřen antikoincidenční ochranou [2] .
Kolimátorový modul, pokrývající všechny detektory, zužuje zorné pole přístroje na místo o průměru 40 kilometrů při provozu na kruhové dráze Marsu ve výšce 400 kilometrů. Vnější vrstva kolimátoru je vyrobena z vysokohustotního polyetylenu . K výrobě vnitřní vrstvy byl použit obohacený borový prášek ( 10 B ) . Polyetylenová vrstva obsahující velké množství atomů vodíku zpomaluje neutrony, které jsou následně zpomalovány a absorbovány vrstvou boru [4] .
Šestým zařízením přístroje FREND je dozimetrický modul Lyulin-MO. Modul je určen k monitorování radiační situace na oběžné dráze Marsu. "Lyulin-MO" se skládá z dvojice dalekohledů. Každý dalekohled obsahuje dva polovodičové detektory s pracovní plochou 2 cm 2 vyrobené z křemíku. Energetické rozlišení přístroje není menší než 100 eV (v rozsahu od 100 keV do 8 MeV) a menší než 350 keV (v rozsahu od 8 do 70 MeV) [2] . Zařízení bylo vyrobeno v Ústavu kosmického výzkumu a technologie Bulharské akademie věd [5] .
Nástrojem je kolimátorový blok (skládající se z několika sekcí), který uzavírá detektory před zářením mimo studovaný směr, a pět detektorů připevněných na konec kolimátoru. Na horní straně kolimátoru je připevněn dozimetrický modul a elektronická jednotka. Pro zajištění tepelného režimu nástroje je k tělu připevněn radiátor [2] .
Hmotnost nástroje 36 kg, rozměr 465 × 380 × 370 mm, příkon 14 W, telemetrický provoz 50 Mbit za den [3] .
Předchůdci FREND jsou přístroje HEND ( Mars Odyssey Project ) a LEND ( Lunar Reconnaissance Orbiter ). Díky dlouhodobému provozu přístroje HEND na oběžné dráze Marsu bylo provedeno mapování toků neutronů. Na základě těchto dat byly zkonstruovány mapy obsahu vodíku v připovrchové vrstvě Marsu. Prostorové rozlišení HEND, které je asi 300 km, však neumožňuje detailní lokalizaci blízkopovrchového vodíku [3] .
Zákazníkem nástroje FREND je Federální kosmická agentura , hlavním realizátorem Institut kosmického výzkumu Ruské akademie věd a projektovým manažerem I. G. Mitrofanov . Práce na projektu byly rozděleny do dvou etap: v letech 2012-2016 probíhal vývoj, testování a dodávka nástroje; na roky 2016–2017 je plánováno ovládání přístroje a zpracování dat získaných během mise ExoMars 2016 [2] . Institut kosmického výzkumu a technologie Bulharské akademie věd ( Sofie , Bulharsko) byl zodpovědný za vytvoření dozimetrické jednotky Lyulin-MO . Scintilační blok byl vytvořen Federálním státním jednotným podnikem “ All-Russian Scientific Research Institute of Mineral Resources pojmenovaný po V.I. N. M. Fedorovsky "(FGUP "VIMS", Moskva , Rusko). Plnění kolimátoru práškem B10 (a jeho obohacení) provedla JSC "Státní vědecké centrum - Výzkumný ústav atomových reaktorů " (JSC "SSC RIAR", Dimitrovgrad -10, Rusko). Testování a ověřování mechanických prvků zařízení provedl Federální státní rozpočtový vědecký ústav, Ústav strojního inženýrství. A. A. Blagonravov z Ruské akademie věd (IMASH RAN, Moskva, Rusko). Společný ústav pro jaderný výzkum ( Dubna , Rusko) provedl fyzikální kalibraci a modelování. Podporu pro vytvoření a testování dozimetrické jednotky poskytl Ústav biomedicínských problémů Ruské akademie věd (SSC RF, IBMP RAS, Moskva, Rusko) [2] .