Misi Artemis I memang tidak membawa manusia, tetapi wahana Orion yang mengorbit Bulan itu membawa dua manekin yang dirancang menyerupai tulang dan jaringan lunak manusia. Di sekujur tubuh manekin itu dipasang ratusan sensor radiasi, sebagai bagian dari eksperimen Matroshka AstroRad Radiation Experiment. Kini, hasil eksperimen tersebut mengungkap satu terobosan: kristal garam kecil yang berpendar mampu merekam jejak radiasi antariksa selama perjalanan mengelilingi Bulan.

Temuan itu dilaporkan dalam makalah yang dipimpin Pawel Bilski dari Institute for Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences, dan diterbitkan di jurnal Radiation Measurements. Fokusnya adalah jenis monitor radiasi pasif jangka panjang yang baru, terbuat dari litium fluorida, yang diuji berdampingan dengan detektor konvensional selama misi Artemis I.

Memahami radiasi antariksa dalam bukan sekadar menghitung jumlahnya, melainkan juga memahami kualitas fisiknya. Begitu astronot keluar dari perlindungan medan magnet Bumi, mereka terpapar radiasi kosmik yang terdiri dari beragam inti atom, mulai dari proton hidrogen yang bergerak cepat hingga ion timbal berat yang melaju mendekati kecepatan cahaya.

Para ahli biologi mengukur potensi bahaya partikel-partikel itu dengan metrik yang disebut transfer energi linear, yaitu seberapa besar energi kinetik yang dapat diserahkan partikel bermuatan ke materi yang dilaluinya. Ion berat yang lebih besar menyerahkan energi dalam jumlah besar pada jarak yang sangat pendek, sehingga menimbulkan kerusakan biologis di sepanjang jalurnya.

Selama ini, pelacakan ion berat di antariksa dalam mengandalkan detektor nuklir plastik, biasanya berbahan polimer seperti polikarbonat yang dikenal sebagai CR-39. Ketika sinar kosmik merobek detektor itu, ia meninggalkan sobekan fisik. Setelah kembali ke Bumi, detektor harus direndam dalam natrium hidroksida panas dan kaustik selama beberapa jam untuk mengukir jejaknya, lalu diukur di bawah mikroskop. Proses itu menghancurkan detektor, menghasilkan limbah berbahaya, dan membutuhkan tenaga khusus.

Tim Bilski mencoba jalan yang berbeda. Mereka memakai kristal litium fluorida berukuran milimeter yang dikenal sebagai detektor jejak nuklir fluoresen. Ketika partikel menabrak struktur kristal garam itu, elektron-elektron terlepas dan susunan kisi kristal berubah, menciptakan cacat optik yang menetap dan disebut pusat warna.

Ketika laser disinarkan melalui kristal di bawah mikroskop, pusat-pusat warna itu berpendar dengan cahaya biru di sepanjang jalur yang dilalui partikel. Namun di antariksa dalam, radiasi datang dari segala arah, sehingga membedakan arah tiap sinar menjadi pekerjaan sulit. Mikroskop harus memusatkan fokus pada kedalaman tertentu, sementara cahaya dari lapisan di atas dan bawah bidang fokus ikut bocor masuk. Partikel yang datang tegak lurus permukaan tampak sebagai titik terang tunggal, sedangkan partikel yang melintas miring meninggalkan goresan yang lebih panjang dan redup.

Untuk mengatasi hal itu, para peneliti menyusun kerangka matematis guna merekonstruksi spektrum energi penuh radiasi selama eksperimen. Mereka memakai tumpukan citra mikroskop yang dipisahkan hanya satu mikrometer satu sama lain, lalu mengikuti jejak partikel menembus seluruh struktur kristal. Untuk rentang transfer energi menengah, cara ini bekerja dengan sangat baik: hasilnya cocok dengan detektor plastik tradisional yang dipasang berdampingan pada manekin Zohar.

Tantangan muncul pada transfer energi tinggi. Di wilayah itu, sensor baru melebih-lebihkan dosis radiasi sekitar 30 persen dibanding detektor tradisional. Para peneliti menduga selisih itu berasal dari fisika nuklir kristal fluorida itu sendiri: ketika neutron sekunder berenergi tinggi menabrak inti litium di dalam detektor, atom litium itu bisa terlempar dari susunannya dan menciptakan jejak pijar sendiri yang menyerupai jejak radiasi. Untuk menekan efek tersebut, tim memakai kristal uji berbahan litium-7 dan mengabaikan data dari detektor litium alami, karena litium-7 terbukti mengurangi tabrakan lanjutan itu meski tidak menghilangkannya sepenuhnya.

Meski masih ada pekerjaan kalibrasi, makalah ini dinilai sebagai lompatan maju bagi dosimetri pasif di antariksa. Kemampuan itu akan semakin penting ketika manusia mulai tinggal lama di Bulan dan menempuh misi antariksa dalam lainnya, jauh dari perlindungan medan magnet Bumi. Kristal seperti yang diuji di Artemis I diharapkan memberi gambaran yang lebih akurat tentang radiasi yang dihadapi awak, selama mereka berada di luar perlindungan Bumi dalam waktu lama.

Apa poin penting dari berita ini?

• Eksperimen Matroshka AstroRad Radiation Experiment pada misi Artemis I memakai manekin bersensor radiasi, termasuk manekin Zohar, untuk mengukur radiasi di sekitar Bulan.
• Makalah Pawel Bilski di jurnal Radiation Measurements melaporkan uji monitor radiasi pasif baru berbahan kristal litium fluorida.
• Kristal itu merekam jejak partikel lewat pusat warna yang berpendar biru saat disinari laser, berbeda dengan detektor plastik CR-39 yang harus dietsa dengan bahan kaustik dan hancur saat dibaca.
• Untuk transfer energi menengah, hasilnya cocok dengan detektor tradisional, tetapi pada transfer energi tinggi sensor baru melebih-lebihkan dosis sekitar 30 persen, diduga akibat tabrakan neutron sekunder di dalam kristal.
• Kristal uji litium-7 dipakai untuk menekan efek tersebut, dan teknologi ini dinilai penting bagi misi jangka panjang ke Bulan dan antariksa dalam.