Alfapartikel røntgenspektrometer ( APXS , fra engelsk - "X-ray spectrometer of alpha particles") - et spektrometer , der bruges til at opnå den kemiske sammensætning af hoved- og mindreelementerne (med undtagelse af brint ) i prøven under undersøgelse. Prøven bombarderes med α-partikler ( 4 He 2+ ) og røntgenstråler . Påvisning af diffusionen af disse a-partikler og røntgenfluorescensen , der er resultatet af dette bombardement, tillader viden om prøvens sammensætning. Denne metode til analyse af prøvens elementære sammensætning bruges oftest i rummissioner, hvor lav vægt, lille størrelse og minimalt strømforbrug er påkrævet. Andre metoder (såsom massespektrometri ) er hurtigere og kræver ikke brug af radioaktive materialer, men kræver større udstyr med mindre beskedne strømkrav. En variant af APXS er alfaproton røntgenspektrometeret brugt på Mars Pathfinder missionen , som også detekterer protoner . APXS, såvel som APS (tidligere version uden røntgenspektrometer ), blev brugt i mange rummissioner : Surveyor [1] , Phobos [2] , Mars-96 [3] , Mars Pathfinder [4] , Mars Exploration Rover [ 5] , Mars Science Laboratory , Rosetta [6] . APS/APXS-spektrometre vil blive inkluderet i flere kommende missioner, herunder Chandrayaan 2- roveren [7] .
I APXS er kilden til alfastråling normalt curium-244 (halveringstid 18,1 år) [8] . Under alfa-henfald genereres røntgenstråler uden for alfa-fluxen, hvilket komplicerer fortolkningen af de registrerede spektre - information om prøvens karakteristiske røntgenstråling dannes under hensyntagen til α-kildens stråling.
På grund af den komplekse karakter af de fysiske processer til bestemmelse af den kemiske sammensætning af det materiale, der undersøges (Mars sten eller jord), er den samtidige brug af forskellige typer detektorer påkrævet. Mars Pathfinder-missionen (1997) bar en APXS med en partikeldetektor på Sojourner - roveren . Derefter blev det fundet, at i tilfælde af lette grundstoffer på overfladen af prøven (inklusive kulstof og oxygen [9] ), er den mest effektive egenskab alfastråling (energien og tallene forbundet med den tilsvarende type grundstof og dens koncentration) . For grundstoffer med atomnumre i området 9-14 er den effektive karakteristik værdien af den energi, der frigives af protoner , og for de tungeste grundstoffer (de mindst almindelige) - spektret af udsendte røntgenstråler [9] .
De første versioner af APXS, udstyret med en alfapartikel-, proton- og røntgendetektor, blev installeret i 1950'erne på American Surveyor 5-7 landere (1967-1968) [1] ; APXS var også ombord på de sovjetiske rumstationer Phobos (1988) [2] . Dets brug var også forudset i programmet for den mislykkede Mars-96 mission [3] [10] . Under Mars Pathfinder-missionen (1996-1997) bar Sojourner-roveren en 600 g APXS med et strømforbrug på 300 mW, forberedt til at studere koncentrationen af grundstoffer, hvis deres andel overstiger 1% (inklusive kulstof , nitrogen og oxygen ). En alfa-strålingsstråle fra curium-244 ( med en aktivitet på 50 mCi ) blev rettet mod den undersøgte overflade med en diameter på 50 mm. Russiske strålingskilder baseret på curium-244 produceret af JSC "SSC RIAR" blev leveret for at færdiggøre alfa-proton-røntgenspektrometrene fra Sojourner, Opportunity og Curiosity rovere [11] [ 12] , Philae nedstigningskøretøjet . som månerover Vikram [13] [ 14] . Et elektronisk modul med dimensionerne 80 × 70 × 60 mm [10] blev brugt til at optage røntgenspektret og signaler modtaget af partikelstrålingsdetektorer (alfapartikler og protoner) .
APXS af Sojourner rover brugt under Mars Pathfinder missionen [4] er siden blevet forbedret. En forbedret version af APXS blev installeret ombord på Mars Exploration Rover-missionen Spirit (MER-A) og Opportunity (MER-B), som landede på den røde planet i januar 2004 [9] [15] .
Seks curium-244-emittere blev placeret på MER-rovernes APXS-detektorhoved, som var monteret på deres manipulatorer. Emitterne var dækket af et 3 μm tykt aluminiumslag , hvilket reducerede energien af de udsendte α-partikler fra 5,8 til 5,2 MeV . En parallel stråle 38 mm i diameter blev skabt i kollimatoren . Seks detektorer af spredte alfapartikler blev placeret rundt om strålingskilderne. I midten af APXS var en silicium røntgendetektor . Registreringstiden for et spektrum var mindst 10 timer [9] .
Den nye generation af rover Mars Science Laboratory modtog en opdateret version af APXS [8] [15] . Ændringer fra APXS af MER rovere omfatter en fordobling af mængden af curium-244 (700 mikrogram af en radioaktiv isotop med en aktivitet på 600 mCi) og indførelse af et Peltier -element til at afkøle røntgenstråledetektoren, hvilket muliggør drift under Marsdagen. For at kalibrere APXS er der installeret et basaltmål på roveren. Probehovedet kan være i kontakt med den undersøgte overflade eller hænge over det i en given afstand (normalt mindre end 2 cm) [8] [15] .
APXS på MSL-roveren er flere gange mere følsom end APXS på MER-rovere - omkring tre gange bedre for elementer med lavt atomnummer og omkring seks gange bedre for elementer med højere atomnummer . Analyse af lave koncentrationer, såsom 100 ppm for nikkel og omkring 20 ppm for brom , tager omkring 3 timer. Analyse af grundstoffer til stede i mængder på omkring 0,5 % (f.eks . natrium , magnesium , aluminium , silicium , calcium , jern , svovl ) udføres inden for 10 minutter (eller hurtigere) [15] .
Under analysen kan op til 13 spektre optages, præsenteret som en strøm af serielle signaler fra sensorerne. De indsamlede data i henhold til den interne software er opdelt i lige store tidsintervaller for videre bearbejdning [15] .
| Alfa proton røntgenspektrometer af Sojourner roveren . | Nærbillede af APXS-spektrometeret fra Mars Exploration Rover -missionen. | APXS-rovere fra Mars Exploration Rover -missionen på Mars | APXS-spektrometeret fra Mars Science Laboratory -roveren på Mars. |