Radiation environment over the WFM detector in LOFT's ESA space mission

Abstract

[ANGLÈS] The analysis of the radiation environment to which a space mission is exposed is of great importance given the negative effects that radiation could cause in different scientific instruments. In this work we carried out a detailed analysis of the radiation environment to which one of the instruments aboard The Large Observatory For X-ray Timing (LOFT), selected by ESA as one of the four Cosmic Vision candidate for a "Medium-class Mission" launch opportunity, with a foreseen launch date in either 2022 or 2024, is exposed. We first generated the satellite's orbit and identified the main radiation contributor. Then, we determined the integral and differential average spectrum of trapped protons and electrons over the orbit according to the AP-8 and AE-8 models. The WFM (Wide Field Monitor) has several cameras, each one consisting of a coded mask, a pyramidal collimator and a detector tray. The geometry of a camera was simulated and finally we used the Monte Carlo simulation Geant4 Radiation Analysis for Space, based in GEANT4, and we calculated some important parameters such as: total (cummulative) fluence, total ionizing dose, no ionizing energy loss, wich can be useful in order to estimate the risk and effects over the instrumentation. In order to carried out all the calculations, we used the SPENVIS/GRAS web interface.

[CASTELLÀ] El análisis del ambiente de radiación al cual está expuesta una misión espacial es de vital importancia dados los efectos negativos que la radiación puede causar en los diferentes instrumentos científicos. En el siguiente trabajo se llevó a cabo un análisis detallado del ambiente de radiación al cual estará expuesto uno de los instrumentos abordo de la misión LOFT (The Large Observatory For X-ray Timing), candidata para ser lanzada en el 2022 - 2024 dentro del programa misión cósmica de la Agencia Espacial Europea. En primer lugar generamos la órbita del satélite e identificamos las principales fuentes de radiación. Entonces determinamos el flujo integral y diferencial de protones y electrones en la órbita procedentes de los cinturones de radiación de acuerdo a los modelos AP-8 y AE-8. El instrumento WFM (Wide Field Monitor) está compuesto por varias cámaras, cada una de ellas consiste de una máscara codificadora, un colimador y un detector. La geometría de una cámara fue simulada y finalmente usando el código Monte Carlo Geant4 Radiation Analysis for Space, basado en GEANT4, se calcularon algunos parámetros importantes tales como: la fluencia total, la dosis total de radiación ionizante y la radiación no ionizante (parámetro NIEL). Los anteriores parámetros son útiles con el fin de determinar el riesgo y los efectos sobre la instrumentación. Todos los cálculos fueron llevados a cabo utilizando la interfaz web de la ESA denominada SPENVIS.

[CATALÀ] L'anàlisi de l'entorn de radiació al qual està exposada una missió espacial és de gran rellevància, ja que la radiació pot produir efectes negatius en els instruments científics. En aquest treball hem dut a terme un estudi detallat del entorn de radiació al qual estaria exposat un dels instruments a bord de "The Large Observatory For X-ray Timing" (LOFT), una de les quatre missions del tipus "Medium Mission" sel·leccionades per ESA, en el marc del programa "Cosmic Vision", com candidata a ser llançada en el 2022/2024. En primer lloc hem simulat l'òrbita del satèl·lit i identificat els principals contribuents a la radiació. A continuació hem determinat l'espectre mitjà, integrat i diferencial, dels protons i electrons atrapats al llarg de l'òrbita, d'acord amb els models AP?8 i AE?8. L'instrument de LOFT WFM ("Wide Field Monitor") està compost de vàries càmeres, cadascuna consistent en una màscara codificada, un col·limador piramidal i una bandeja pels detectors. S'ha simulat la geometria de la càmera, i s'ha usat el codi MonteCarlo "GEANT4 Radiation Analysis for Space", basat en GEANT4, per tal de calcular paràmetres importants com fluència total (acumulada), dosi ionitzant total, pèrdues per radiació no ionitzant, tots ells útils per a estimar els efectes en la instrumentació i els riscos associats. Per tal de portar a terme tots els càlculs, s'ha usat la interfície web SPENVIS/GRAS.