Alfa részecske röntgenspektrométer ( APXS , angolul - "X-ray spectrometer of alfa particles") - spektrométer , amelyet a vizsgált minta fő és mellékelemeinek (a hidrogén kivételével) kémiai összetételének meghatározására használnak. A mintát α-részecskékkel ( 4 He 2+ ) és röntgensugárzással bombázzák . Ezen α-részecskék diffúziójának és az ebből a bombázásból származó röntgenfluoreszcenciának kimutatása lehetővé teszi a minta összetételének megismerését. A minta elemi összetételének ezt a módszerét leggyakrabban űrmissziókban alkalmazzák, ahol kis tömeg, kis méret és minimális energiafogyasztás szükséges. Más módszerek (mint például a tömegspektrometria ) gyorsabbak, és nem igényelnek radioaktív anyagokat, de nagyobb berendezéseket igényelnek, kevésbé szerény teljesítményigénnyel. Az APXS egy változata a Mars Pathfinder küldetésben használt alfa proton röntgenspektrométer , amely protonokat is észlel . Az APXS-t, valamint az APS-t (korábbi verzió röntgenspektrométer nélkül ) számos űrmisszióban használták : Surveyor [1] , Phobos [2] , Mars-96 [3] , Mars Pathfinder [4] , Mars Exploration Rover [ 5] , Mars Science Laboratory , Rosetta [6] . Az APS/APXS spektrométerek számos közelgő küldetésben szerepelnek majd, köztük a Chandrayaan 2 roverben [7] .
Az APXS-ben az alfa-sugárzás forrása általában a kúrium-244 (felezési idő 18,1 év) [8] . Az alfa-bomlás során az alfa fluxuson kívül röntgensugarak keletkeznek, ami megnehezíti a felvett spektrumok értelmezését - a minta jellemző röntgensugárzására vonatkozó információ az α-forrás sugárzásának figyelembevételével alakul ki.
A vizsgált anyag (marsi kőzetek vagy talajok) kémiai összetételének meghatározására szolgáló fizikai folyamatok összetettsége miatt különböző típusú detektorok egyidejű alkalmazása szükséges. A Mars Pathfinder küldetés (1997) egy részecskedetektorral ellátott APXS-t szállított a Sojourner roveren . Majd kiderült, hogy a minta felületén lévő könnyű elemek (beleértve a szenet és az oxigént [9] ) esetében a leghatékonyabb jellemző az alfa-sugárzás (a megfelelő elemtípushoz és koncentrációjához tartozó energia és számok) . A 9-14 tartományba eső atomszámú elemek esetében az effektív jellemző a protonok által felszabaduló energia értéke, a legnehezebb elemek (a legkevésbé gyakori) esetében pedig a kibocsátott röntgensugárzás spektruma [9] .
Az APXS első alfa-részecske-, proton- és röntgendetektorral felszerelt változatait az 1950-es években telepítették az American Surveyor 5-7 leszállóegységekre (1967-1968) [1] ; Az APXS a szovjet Phobos űrállomáson is tartózkodott (1988) [2] . Használatát a sikertelen Mars-96 küldetés programjában is előirányozták [3] [10] . A Mars Pathfinder küldetés során (1996-1997) a Sojourner rover egy 600 g-os, 300 mW-os fogyasztású APXS-t vitt magával, amely arra készült, hogy tanulmányozza az elemek koncentrációját, ha arányuk meghaladja az 1%-ot (beleértve a szenet , nitrogént és oxigént ). A vizsgált felületre 50 mm átmérőjű kúrium-244 alfa-sugárzást irányítottunk ( 50 mCi aktivitással ) . A JSC "SSC RIAR" által gyártott curium-244 alapú orosz sugárforrásokat szállították a Sojourner, Opportunity és Curiosity roverek [11] [ 12] , valamint a Philae leszállójármű alfa-proton-röntgen spektrométereihez. mint holdjáró Vikram [13] [ 14] . Egy 80 × 70 × 60 mm méretű elektronikus modult [10] használtak a röntgenspektrum és a részecskesugárzás - detektorok (alfa részecskék és protonok) által vett jelek rögzítésére .
A Mars Pathfinder [4] küldetés során használt Sojourner rover APXS-ét azóta továbbfejlesztették. Az APXS továbbfejlesztett változatát telepítették a Mars Exploration Rover Spirit (MER-A) és Opportunity (MER-B) missziójára, amely 2004 januárjában landolt a vörös bolygón [9] [15] .
Hat curium-244 emittert helyeztek el a MER roverek APXS detektorfejére, amelyet a manipulátoraikra szereltek fel. Az emittereket 3 μm vastag alumíniumréteg borította , ami 5,8-ról 5,2 MeV -ra csökkentette a kibocsátott α-részecskék energiáját . A kollimátorban 38 mm átmérőjű párhuzamos nyaláb jött létre . A sugárforrások körül hat detektort helyeztek el szórt alfa-részecskékről. Az APXS közepén egy szilícium röntgendetektor volt . Egy spektrum regisztrációs ideje legalább 10 óra volt [9] .
Az új generációs Mars Science Laboratory rover megkapta az APXS frissített változatát [8] [15] . A MER roverek APXS-jéhez képest a változások közé tartozik a kúrium-244 (700 mikrogramm radioaktív izotóp 600 mCi aktivitású) mennyiségének megduplázódása, valamint a röntgendetektor hűtésére szolgáló Peltier -elem bevezetése, amely lehetővé teszi a működést a marsi napon. Az APXS kalibrálásához bazalt célpontot kell telepíteni a roverre. A szondafej érintkezhet a vizsgált felülettel, vagy adott távolságban (általában 2 cm-nél kisebb) lóghat fölötte [8] [15] .
Az MSL-rover APXS-e többszörösen érzékenyebb, mint a MER-roverek APXS-je – körülbelül háromszor jobb az alacsony rendszámú elemek és körülbelül hatszor jobb a nagyobb rendszámú elemek esetében . Az alacsony koncentrációk, például 100 ppm nikkel és körülbelül 20 ppm bróm analízise körülbelül 3 órát vesz igénybe. A 0,5% körüli mennyiségben jelenlévő elemek (pl . nátrium , magnézium , alumínium , szilícium , kalcium , vas , kén ) elemzését 10 percen belül (vagy gyorsabban) végzik el [15] .
Az elemzés során legfeljebb 13 spektrum rögzíthető, amelyek az érzékelőktől érkező soros jelek folyamaként jeleníthetők meg. A belső szoftver szerint összegyűjtött adatokat egyenlő időintervallumokra osztják fel további feldolgozás céljából [15] .
| A Sojourner rover alfa-proton röntgenspektrométere . | Közeli kép a Mars Exploration Rover küldetés APXS spektrométeréről. | A Mars Exploration Rover -misszió APXS-járói a Marson | A Mars Science Laboratory marsjárójának APXS spektrométere a Marson. |