Artemis I: Crystals of experimental detectors record radiation doses near the moon

アルテミスI計画の無人宇宙船オリオンが2022年11月末から12月初めにかけて月を周回した際、搭載された人体ファントム内の結晶検出器が宇宙放射線の線量を記録していたことが報告された。ポーランド科学アカデミー原子核物理学研究所（IFJ PAN）の研究チームが、実験的なフッ化リチウム系の蛍光型検出器の読み出し方法と結果の評価手法を専門誌『Radiation Measurements』に発表した。月周辺の線量について予備的な推定が得られた点が、この報告の要点である。

背景には、宇宙飛行士の被ばく評価の難しさがある。MARE実験は、国際宇宙ステーションで過去に行われたMATROSHKA実験の流れを汲み、人体を模したファントムに検出器を埋め込んで線量を測るものだ。ファントムにはリチウム7を高濃度に濃縮した検出器も含まれ、研究所はほかに600個近い熱蛍光検出器も提供していた。フッ化リチウム結晶は受動型で、放射線が残した痕跡を青色光で励起し、赤い蛍光として顕微鏡で観察する。プラスチック製の飛跡検出器のように化学エッチングを必要としない点は作業上の利点である。一方、宇宙線は全方向から多様な粒子とエネルギーで飛来するため、飛跡が様々な向きに走り、焦点面の外からの発光がぼけとして写り込む。電離密度の低い粒子は点列としてしか残らないことも、定量を難しくした。研究チームは補正とバックグラウンド除去のソフトウェアを整備し、既存の飛跡検出器と重なるエネルギー範囲では差が15%以内に収まったと報告している。

この結果が示すのは、低軌道と月周辺で被ばくの性格が変わるという点である。地球周回では、ヴァン・アレン帯に捕捉された低エネルギーの陽子が線量の大きな部分を占めうる。月付近ではこの帯の影響がほぼなくなり、銀河宇宙線が相対的に目立つ。その粒子は非常に高エネルギーで人体を貫通するため、ファントム内の線量分布は一様に近かったと見られる。全体の線量は地球軌道より高いが、直感から想像されるほどの大きな差ではないという。ただし、これは一回の周回と限られた検出器配置に基づく予備的な推定であり、長期滞在での累積値まで断定できるものではない。有人月探査の遮蔽設計や滞在計画の前提を見直す材料になる可能性がある。

製造業の視点では、関わりの糸口は計測機器と材料の両面にあると考えられる。結晶の成長や不純物の管理、同位体濃縮の品質管理、そして顕微鏡による微細な発光の読み取りには、素材技術と高精度な光学・画像計測の知見が求められる。検出器自体は小型で受動型だが、有人ミッションで人体相当部位の線量を正確に測るには、再現性のある製造と校正の体制が欠かせない。日本の部品・素材メーカーが、放射線計測用の結晶部材や光学系、計測治具の分野で研究機関と共同開発や供給の形で関われる余地がある。将来、月面拠点の遮蔽材や居住モジュールの材料需要が生じれば、こうした検証データの価値も高まるだろう。

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