Som del i Svenska Rymdaktiebolagets SubOrbital Express-program erbjöds Astronomisk Ungdom plats på en sondraket som tar vetenskapliga experiment till ca 250 km höjd för att uppleva runt 6 minuters tyngdlöshet och därefter ett våldsamt återinträde i vår atmosfär som avslutas med en hård landning i Lapplands ödemarker.
Vinnarna av årets Rymdforskarskola Anita Ali Asgar, Mabelle Hanna och Theodor Lennartsson fick möjlighet att bestämma vilken typ av experiment som skulle flyga: en mätare för kosmisk strålning. All utrustning som tillåts flyga på dessa raketer måste tåla relativt stora påfrestningar och kompakta strålningsmätare växer inte på träd.
Under flertalet tillfällen under se senaste tio åren har Astronomisk Ungdom tagit hjälp av Vetenskapens Hus för att låna utrustning, lokaler och expertis. Vetenskapens Hus är ett science center i anslutning till KTH och Stockholms Universitet som framför allt skolklasser besöker för att laborera inom ämnena fysik (inklusive astronomi såklart!), kemi, biologi, teknik samt matematik.
I detta fall behövde en kompakt, stryktålig och strömsnål strålningsmätare utvecklas, något som jag kastade mig på utan att tveka. Händelsevis har vi sedan ett par år använt egentillverkade partikeldetektorer i ett gymnasiearbetesprojekt kring kosmisk strålning. Dessa detektorer använder vi främst för att mäta myoner (en ”kusin” till elektronen, som är ca 200 gånger tyngre och som bildas i övre atmosfären när kosmisk strålning krockar med luftmolekyler) men de kan mäta all sorts joniserande strålning. De ärver många aspekter från projektet ”Cosmic Watch” (http://www.cosmicwatch.lns.mit.edu/) där man kan hitta instruktioner för att bygga en egen partikeldetektor! Kontakta gärna mig för mer information. De detektorer vi använder visade sig vara för stora och är inte tillräckligt mekaniskt tåliga för att klara av rymdfärdens påfrestningar, så de behövde modifieras.
Nog med bakgrundsinformation! Detektorerna (som vi kallar för Lilla-My) använder sig av ett 5×5 cm stort block av speciell plast som ”scintillerar”. Det är en egenskap som innebär att plasten skickar ut ljus när den träffas av joniserande strålning. I vårt fall så handlar det om kosmisk strålning (i huvudsak protoner) som slår loss elektroner i plasten. Dessa elektroner stöter till slut på molekyler i plasten som absorberar elektronerna och omvandlar dess energi till blått ljus.
I kontakt med plasten sitter en liten kamera kallad en ”kisel-fotomultiplikator”. Men till skillnad från en vanlig kamera består denna av bara en pixel, som dock är känslig nog att kunna detektera enstaka fotoner. Plasten, med kameran, är inlindad i reflekterande folie och svart tejp så att ljus utifrån inte kan ta sig in. Paketet (som är den tyngsta delen av experimentet och därför behöver vara väl förankrat) sitter monterat i en 3D-utskriven ram så att den inte kan röra sig.
Kameran skickar en mycket svag elektrisk signal till ett kretskort som förstärker signalen och som sedan mäts av en mikroprocessor, en Arduino Nano 33. Denna processor är en ca 2x4cm stor dator som kan programmeras att mäta signaler, utföra beräkningar på dessa signaler och spara resultatet. I vårt fall sparas resultatet (tidpunkt och styrka för varje partikel som träffar detektorn) på ett MicroSD-kort.
Om allt går som det ska kommer vårt experiment startas ett par timmar innan raketen lyfter. Den kommer då sitta på marken och mäta mängd strålning (även här på marken träffas vi av en hel del kosmiska partiklar och annan naturlig bakgrundsstrålning). Precis i startögonblicket får processorn en signal från raketen som sparas, så vi vet exakt tidpunkt och utifrån det kan vi räkna ut vid vilken höjd alla partikelträffar sker på.
Data från denna flygning kan sen jämföras med tidigare data vi samlat med liknande detektorer som med hjälp av en vätgasfylld väderballong nått 36km höjd (imponerande tyckte vi då, men ingenting jämfört med 250km). Då märkte vi att vi fick mest partiklar vid ca 20km, eftersom en enstaka kosmisk proton ger upphov till en skur av hundratals ”sekundära” partiklar. Är man ovanför större delen av atmosfären så finns inte lika mycket sekundär strålning. Jag, samt såklart alla andra inblandade i detta uppdrag ser fram emot uppskjutningen och allt vi kan lära oss om detta uppdrag, som per definition måste räknas som rocket science!
Henrik Åkerstedt (henrik.akerstedt@vetenskapenshus.se)
Pedagogisk utvecklare/forskningsingenjör
Vetenskapens Hus (www.vetenskapenshus.se)
