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Mit "Neugierde" zum Mars

15.12.2011

Die Untersuchung von Umweltparametern auf der Marsoberfläche ist Ziel der "Mars Scientific Laboratory"-Mission (MSL), die von der NASA am 26. November 2011 von Cape Canaveral (Florida, USA) aus gestartet wurde. MSL ist ein neues Gefährt namens "Curiosity" (deutsch "Neugierde"), das zehn wissenschaftliche Instrumente an Bord hat, mit denen die chemische und geologische Zusammensetzung der dortigen Umgebung, als auch das Strahlungsfeld untersucht werden kann. Eines dieser Instrumente ist der "Radiation Assessment Detector" RAD, dessen Sensorsystem von der Universität Kiel (CAU) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR, Köln) entwickelt wurde. Die Projektleitung lag beim South West Research Institute (SwRI, San Antonio, Texas, und Boulder, Colorado), das auch die Elektronik für das Instrument lieferte.

RAD analysiert energiereiche Teilchen mit geringer Masse. Es wurde entwickelt, um das Spektrum der Teilchenstrahlung auf der Marsoberfläche zu charakterisieren, inklusive der galaktischen kosmischen Strahlung, der energiereichen solaren Teilchen, der sekundären Neutronen und andere Teilchen, die sowohl in der Atmosphäre als auch im Marsboden erzeugt werden. Das RAD-System wird während der gesamten MSL Mission, auch während der Reise durch das Weltall betrieben, um sowohl das Strahlungsfeld auf der Marsoberfläche als auch im Weltraum zu charakterisieren. Das Instrument besteht aus einem Teilchenteleskop mit drei planaren Silizium PIN-Dioden zum Nachweis von geladenen Teilchen und einem Cäsiumjodid (CsI) Kalorimeter, das von einem Anti-Koinzidenz-Detektor aus szintillierendem Plastik umgeben ist. Ein zusätzlicher Plastikdetektor wird verwendet, um zusammen mit dem CsI und dem Anti-Koinzidenz-Detektor neutrale Teilchen wie Neutronen oder Photonen nachzuweisen.

Seit vielen Jahren kooperieren die CAU, das DLR und die PTB auf dem Gebiet der Dosimetrie kosmischer Strahlung in der Erdatmosphäre. Sekundärneutronen sind die dominierende Komponente der Strahlenexposition in großen Höhen bis hinunter auf Meereshöhe. Ein wichtiges Merkmal diese Neutronenfelds ist, dass das Energiespektrum zwei ausgeprägte Maxima bei Energien um 1 MeV und um 100 MeV aufweist. Obwohl die Marsatmosphäre sich von der Erdatmosphäre unterscheidet, wird die kosmische Strahlung ein Neutronenspektrum in diesem Energiebereich auch auf der Marsoberfläche erzeugen. Deshalb ist es notwendig das Ansprechvermögen von RAD auf Neutronen zu bestimmen, um eine genaue Information über das Strahlungsfeld zu erhalten.

Das Ansprechvermögen des RAD für monoenergetische und quasi-monoenergetische hoch-energetische Neutronen wurde in mehreren Strahlzeiten an der "PTB Ion Accelerator Facility" (PIAF) in Braunschweig und am "iThemba Laboratories for Accelerator-Based Sciences" (iTL) in Somerset West (Südafrika) untersucht. Da PIAF Neutronenenergien nur bis 19 MeV zur Verfügung stellen kann, arbeitet die PTB seit vielen Jahren mit dem iTL und der Universität Kapstadt (UCT, Südafrika) zusammen, um auch Neutronenstrahlen von 40 MeV bis zu 200 MeV nutzen zu können. Durch den Einsatz von sehr gut kalibrierten Messinstrumenten ist es möglich, die iTL-Neutronenstrahlen so zu charakterisieren, dass eine Rückführbarkeit auf das Primärnormal der PTB für Neutronenfluenz sichergestellt ist.

Bild : Auf dem Mars-Rover "Curiosity" befindet sich der "Radiation Assessment Detector" (RAD). Damit kann das Strahlungsfeld auf der Marsoberfläche untersucht werden. Bildquelle: NASA / JPL-Caltech / SwR

Weitere Informationen zur MSL Mission finden sich auf den Pressemeldungen von DLR und CAU.