Русская Википедия:APXS

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Файл:Pathfinder01.jpg
Камень «Йоги», изучаемый спектрометром APXS марсохода «Соджорнер» (1997).

Alpha particle X-ray spectrometer (Шаблон:Lang-en2, Шаблон:Tr) — спектрометр, используемый для получения химического состава основных и второстепенных элементов (за исключением водорода) исследуемого образца. Образец бомбардируется α-частицами (4He2+) и рентгеновскими лучами. Обнаружение диффузии этих α-частиц и рентгеновской флуоресценции, возникающей в результате этой бомбардировки, позволяет узнать состав образца. Данный метод анализа элементного состава образца чаще всего используется в космических миссиях, где требуется небольшой вес, небольшой размер и минимальное энергопотребление. Другие методы (например, масс-спектрометрия) являются более быстрыми и не требуют использования радиоактивных материалов, однако требуют более крупного оборудования с менее скромными требованиями к энергопотреблению. Вариантом APXS является альфа-протон рентгеновский спектрометр, использовавшийся в миссии Mars Pathfinder, который также регистрирует протоны. APXS, также как и APS (предыдущая версия без использования рентгеновского спектрометра), использовались во многих космических миссиях: Surveyor[1], Фобос[2], «Марс-96»[3], Mars Pathfinder[4], Mars Exploration Rover[5], Mars Science Laboratory, Rosetta[6]. Спектрометры APS/APXS будут включены в несколько предстоящих миссий, включая луноход Чандраян-2[7].

Физические процессы

В APXS источником альфа-излучения обычно является кюрий-244 (период полураспада 18,1 года)[8]. Во время альфа-распада вне альфа-потока генерируются рентгеновские лучи, что усложняет интерпретацию записанных спектров — информация об характеристическом рентгеновском излучении образца формируется с учётом излучения α-источника.

Из-за сложного характера физических процессов определения химического состава исследуемого материала (марсианских пород или грунтов), требуется одновременное использование различных типов детекторов. В миссии Mars Pathfinder (1997) на марсоходе «Соджорнер» был установлен APXS с детектором элементарных частиц. Тогда было обнаружено, что в случае лёгких элементов на поверхности образца (включая углерод и кислород[9]) наиболее эффективной характеристикой является альфа-излучение (энергия и числа, связанные с соответствующим типом элемента и его концентрацией). Для элементов с атомными номерами в диапазоне 9-14 эффективной характеристикой является значение энергии, высвобождаемой протонами, а для самых тяжелых элементов (наименее распространенных) — спектр испускаемых рентгеновских лучей[9]. 

Шаблон:Кратное изображение

Альфа-протон рентгеновский спектрометр

Первые версии APXS, оснащённые детектором альфа-частиц, протонов и рентгеновских лучей, были установлены в 1950-х годах на американских спускаемых аппаратах «Сервейер 5-7» (1967-1968)[1]; APXS был также на борту советских космических станций Фобос (1988)[2]. Его использование также предусматривалось в программе неудачной миссии «Марс-96»[3][10]. Во время миссии Mars Pathfinder (1996-1997) марсоход «Соджорнер» имел в своём составе APXS массой 600 г с потребляемой мощностью 300 мВт, подготовленный для изучения концентрации элементов, если их доля превышает 1% (включая углерод, азот и кислород). Пучок альфа-излучения от кюрия-244 (активностью 50 мКи) направлялся на исследуемую поверхность диаметром 50 мм. Российские источники излучения на основе кюрия-244 производства АО «ГНЦ НИИАР» поставлялись для комплектации альфа-протон-рентгеновских спектрометров марсоходов «Соджорнер», «Оппортьюнити» и «Кьюриосити»[11][12], спускаемого аппарата «Филы», а также лунохода «Викрам»[13][14]. Для регистрации спектра рентгеновского излучения и сигналов, получаемых детекторами излучения частиц (альфа-частиц и протонов), использовался электронный модуль с размерами 80 × 70 × 60 мм[10].

APXS марсоходов MER и MSL

APXS марсохода «Соджорнер», использовавшийся во время миссии Mars Pathfinder[4], впоследствии был усовершенствован. Улучшенная версия APXS устанавливалась на борту марсоходов миссии Mars Exploration Rover — «Спирите» (MER-A) и «Оппортьюнити» (MER-B), которые совершили посадку на красную планету в январе 2004 года[9][15].

На детекторной головке APXS марсоходов MER, которая закреплялась на их манипуляторах, были размещены шесть излучателей из кюрия-244. Излучатели покрывались слоем алюминия толщиной 3 мкм, что уменьшало энергию излучаемых α-частиц с 5,8 до 5,2 МэВ. В коллиматоре создавался параллельный пучок диаметром 38 мм. Шесть детекторов рассеянных альфа-частиц размещались вокруг источников излучения. В центре APXS находился кремниевый рентгеновский детектор. Время регистрации одного спектра составляло не менее 10 часов[9].

Марсоход нового поколения Mars Science Laboratory получил обновленную версию APXS[8][15]. Изменения по сравнению с APXS марсоходов MER включают в себя удвоение количества кюрия-244 (700 мкг радиоактивного изотопа с активностью 600 мКи) и внедрение элемента Пельтье для охлаждения рентгеновского детектора, что позволило работать во время марсианского дня. Для калибровки APXS на марсоходе устанавливается базальтовая мишень. Головка датчика может контактировать с исследуемой поверхностью или нависнуть над ней на заданном расстоянии (обычно менее 2 см)[8][15].

APXS марсохода MSL имеет в несколько раз большую чувствительность, чем APXS марсоходов MER — примерно в три раза лучше в случае элементов с малыми атомными номерами и примерно в шесть раз лучше в случае элементов с более высокими атомными номерами. Анализ малых концентраций, например, 100 частиц на миллион для никеля и около 20 частиц на миллион для брома, занимает около 3 часов. Анализ элементов, присутствующих в количествах около 0,5% (например, натрий, магний, алюминий, кремний, кальций, железо, сера), проводится в течение 10 минут (или быстрее)[15].

Во время анализа может быть зарегистрировано до 13 спектров, представленных в виде потока последовательных сигналов от датчиков. Собранные данные согласно внутреннему программному обеспечению делятся на равные промежутки времени для последующей обработки[15].

Шаблон:AnchorФайл:Back of Sojourner and its Alpha Proton X-Ray Spectrometer.png Шаблон:AnchorФайл:MER APXS PIA05113.jpg Шаблон:AnchorФайл:APXS MER PIA05196.jpg Шаблон:AnchorФайл:PIA16160-Mars Curiosity Rover-APXS.jpg
Альфа-протон рентгеновский спектрометр марсохода Соджорнер. Спектрометр APXS марсоходов миссии Mars Exploration Rover крупным планом. APXS марсоходов миссии Mars Exploration Rover на Марсе Спектрометр APXS марсохода Mars Science Laboratory на Марсе.

Примечания

Шаблон:Примечания

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ 1,0 1,1 Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок APXS_3 не указан текст
  2. ↑ 2,0 2,1 Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок phobos не указан текст
  3. ↑ 3,0 3,1 Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок APXS_5 не указан текст
  4. ↑ 4,0 4,1 Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок APXS_4 не указан текст
  5. ↑ Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок APXS_6 не указан текст
  6. ↑ Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок Philae не указан текст
  7. ↑ Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок APXS_7 не указан текст
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок NASA_2011 не указан текст
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок MER_1 не указан текст
  10. ↑ 10,0 10,1 Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок APXS_1 не указан текст
  11. ↑ Шаблон:Cite web
  12. ↑ Шаблон:Cite web
  13. ↑ Шаблон:Cite web
  14. ↑ Шаблон:Cite web
  15. ↑ 15,0 15,1 15,2 15,3 15,4 Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок APXS_2 не указан текст
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:APXS&oldid=8566510