В конце декабря 2021 г. Объединенным институтом ядерных исследований получен патент на устройство для моделирования на пучках тяжелых ионов высокой энергии полей смешанного излучения для целей экспериментальной радиобиологии. Изобретение было предложено сотрудниками Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ Тимошенко Геннадием Николаевичем и Гордеевым Иваном Сергеевичем. По сути, изобретение подразумевает создание в земных условиях симулятора сложного радиационного поля внутри космического корабля, формируемого частицами Галактического космического излучения (ГКИ) при полетах в глубоком космосе.

Создание подобного поля для облучения биологических объектов является актуальнейшей задачей космической радиобиологии. Это обусловлено тем, что до настоящего времени исследования радиационного воздействия ГКИ выполнялись на ускорителях с только пучками отдельных моноэнергетических частиц, в то время как радиационное поле внутри космического корабля является многокомпонентным. В него входят нейтроны, гамма-кванты и заряженные частицы вплоть до очень тяжелых ядер. Кроме этого, это радиационное поле имеет очень широкий энергетический спектр.

Как отмечают авторы изобретения, за предложенным симулятором с помощью пучка ядер ⁵⁶Fe с энергией 1 ГэВ/н и набора различных мишеней создается широкий пучок всех компонентов внутреннего радиационного поля с энергией до 1 ГэВ/н (тяжелые ядра с зарядом до 27). Этого вполне достаточно для воспроизведения всех основных радиационно-индуцированных эффектов облучения экипажа в космосе. Многозарядные ядра в составе поля представляют собой фрагменты ядра железа, формируемые на полиэтиленовых мишенях различной толщины. Все мишени объединены в 4 конвертора (два из которых вращаются), последовательно помещаемых на пучок ядер ⁵⁶Fe. Вращение конверторов вокруг оси пучка необходимо для обеспечения однородностей создаваемых за симулятором полей фрагментов из каждой мишени. При этом вклад каждого фрагмента в суммарное поле определяется соотношением сектора соответствующей мишени к площади круга (рис. 1).

Рис. 1. Схематическая конструкция вращающегося конвертора из 4-х мишеней для производства за симулятором фрагментов ядра железа, как составляющих внутреннего радиационного поля. На симулятор падает широкий пучок ядер ⁵⁶Fe c энергией 1 ГэВ/н.

Созданное радиационное поле хорошо воссоздает рассчитанные ранее характеристики внутреннего поля за защитой (оболочкой) корабля толщиной 15 г/см². Верификация расчетов была выполнена с помощью спектров линейных передач энергии, измеренных детекторами RAD и LUILIN на борту автоматических марсианских миссий НАСА MSL и ЕКА ExoMars (TGO).

В ЛФВЭ ОИЯИ в рамках инновационной программы прикладных исследований на ускорительном комплексе NICA в настоящее время создаются два специализированных канала с выводом в них ускоренных тяжелых ионов: для изучения радиационной стойкости электронных компонентов (установка СОДИТ) и для проведения экспериментов в области космической радиобиологии (установка СОДИБ). Уникальный симулятор внутреннего радиационного поля планируется включить в состав установки СОДИБ на пучке ядер железа на радиобиологическом канале Нуклотрона комплекса NICA.