Pytanie:
Ochrona radiacyjna magnetyczna lub masowa, która jest bardziej wydajna?
James Jenkins
2013-07-28 18:07:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jak rozumiem; przebywanie z dala od ziemi naraża Cię na poważne zagrożenie dla zdrowia wynikające z promieniowania. Na Ziemi większość tego ryzyka jest odchylana przez pole magnetyczne Ziemi. Nie znalazłem odniesienia, ale przypuszczalnie to pole magnetyczne mogłoby zostać zduplikowane w statku kosmicznym przy wystarczającej energii. Rozumiem również, że pewne osłony przed promieniowaniem można stworzyć przy użyciu materiałów (dobrze znanym przykładem jest ołów) .

Jeśli masz statek kosmiczny porównywalny z ISS pod względem masy i objętości (oczywiście inna struktura) poruszający się po Układzie Słonecznym ze stałym ciągiem 1 g (odwróć i zwolnić w połowie) , co byłoby bardziej efektywnym wykorzystaniem energii; Przenoszenie dodatkowej masy lub energii potrzebnej do wytworzenia pola magnetycznego?

Cztery odpowiedzi:
#1
+21
Thomas Pornin
2013-07-31 07:46:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W kosmosie (w ramach Układu Słonecznego) można dostać głównie dwa rodzaje „promieniowania”, które mają konsekwencje zdrowotne:

  • Fotony o różnej energii, od fal radiowych po promienie gamma.
  • wysokoenergetyczne naładowane cząstki, głównie elektrony i protony wyrzucane z górnych warstw atmosfery Słońca (jest to znane jako wiatr słoneczny).

Głównym ich źródłem jest oczywiście Słońce. Fotony, będąc elektrycznie neutralne, całkowicie śmieją się z pól magnetycznych; „bariera magnetyczna” zadziała tylko dla naładowanych cząstek. Wiemy, co UV może zrobić dla ludzkiej skóry pomimo atmosfery, więc można sobie wyobrazić, że w kosmosie będzie potrzebne dodatkowe zabezpieczenie.

Zakładając, że masz nadprzewodniki, możesz zachować potężne pole magnetyczne przez nieokreślony czas, z energią zużywaną tylko wtedy, gdy cząstka jest rzeczywiście odchylona. Jednak kształt i położenie tego pola wymaga uwagi. Na przykład ziemskie pole magnetyczne nie chroni Ziemi zbyt dobrze przed wiatrem słonecznym; zamiast tego po prostu porusza się wokół punktu uderzenia: cząsteczki o wysokiej energii koncentrują się w regionach polarnych, tworząc piękne zorze polarne. Bardzo dużo badań na temat optymalnego ekranowania magnetycznego dla statków kosmicznych znajduje się na tej stronie.

Okolicznością utrudniającą promieniowanie w kosmosie jest to, że nie występuje ona przy ciągłym pływ; zamiast tego pojawia się w wybuchach o znacznej intensywności, kiedy występują rozbłyski słoneczne. Dobra osłona kosmiczna będzie przez większość czasu całkowicie przesadzona, ale od czasu do czasu stanie się absolutną koniecznością, aby uniknąć śmierci załogi. Cechą łagodzącą jest jednak to, że położenie źródła jest dobrze znane (Słońce jest zwykle bardzo widoczne), a rozbłyski można obserwować „wizualnie” na kilka godzin przed atakiem cząstek wysokoenergetycznych, co daje czas na podniesienie dodatkowych osłon.


Poza Układem Słonecznym wiele się zmienia. W rzeczywistości wiatr słoneczny tworzy rodzaj „bąbla” wokół Słońca, zwanego heliosferą, który działa trochę jak tarcza magnetyczna przeciwko reszcie Wszechświata. Na granicy heliosfery sytuacja jest dość zagmatwana, o której wiele się wysuwa teorii, ale niewiele wiadomo; sonda Voyager 1 obecnie się przez nią porusza. Poza tym nie ma wiele powodów do obaw związanych z wiatrem słonecznym, ale dużo bardziej dotyczy innych cząstek wysokoenergetycznych wielu typów, zwanych zbiorczo promieniami kosmicznymi.

Tak naprawdę nie wiedzieć, skąd pochodzą promienie kosmiczne, ale wydaje się, że ich źródła są wielorakie. W naszej obecnej dyskusji oznacza to, że promienie kosmiczne nie pochodzą z unikalnego przewidywalnego kierunku i zdarzają się w pozornie przypadkowych momentach, więc wszelkiego rodzaju osłony muszą być zawsze podniesione. Co więcej, nie wszystkie z tych cząstek są naładowane, więc osłony magnetyczne nie wystarczą.

Zauważ, że promienie kosmiczne są również problemem w Układzie Słonecznym, nawet blisko Ziemi, ale opuszczanie heliosfery wzrasta problem dramatycznie.

Dodatkowe zagrożenie jest pięknie wyeksponowane w „Pieśniach odległej ziemi” Arthura C. Clarke'a. Jeśli jesteś poza heliosferą, podróżujesz do gwiazd - więc musisz podróżować szybko , ponieważ gwiazdy są bardzo, bardzo daleko. Oznacza to, że cząsteczki o niskiej energii lub większe fragmenty (np. Zabłąkane atomy lub cząsteczki z mgławic) będą miały dużą względną prędkość, a powtarzające się uderzenia będą szkodliwe dla statku. i jego mieszkańców. W książce dodają dużą warstwę lodu przed statkiem i muszą ją regularnie odnawiać.


Jeśli chodzi o materiały na bardziej namacalne osłony (które chronią również przed neutralnymi cząstkami), dobrym kandydatem nie jest ołów, ale woda . Woda ma bardzo dobry stosunek siły pochłaniania do wagi; woda ma również inne zastosowania, których ołów nie oferuje, takie jak kąpiele, podlewanie roślin, hodowla ryb ( tilapie oferują dużo białka, ale wymagają tylko ograniczonej przestrzeni do pływania), i co może nawet do picia, jeśli zapasy przyzwoitych napojów na pokładzie zostaną wyczerpane.

Popularnym projektem jest statek kosmiczny w postaci dużego cylindra, który tworzy „sztuczną grawitację”. „Ziemia” (powierzchnia cylindra od wewnątrz) może być dużym basenem, a siedliska będą wtedy unosić się na wodzie, jak farmy rybne. Woda utrzymuje wewnętrzny ekosystem i jednocześnie zapewnia doskonałą ochronę przed promieniowaniem. Astronauci pełnią podwójną rolę żeglarzy.

Inne możliwe materiały to różne polimery, złoto (używane w modułach księżycowych w misjach Apollo - kiedy lecisz na Księżyc, robisz to ze stylem ), a nawet „biologiczne odpady” załogi. Cała ta kwestia promieniowania jest nadal jednym z nierozwiązanych problemów związanych z podróżą na Marsa, więc jest to aktywny obszar badań.

Czy * mała *, ale wytrzymała osłona byłaby wystarczająca? Ponieważ promieniowanie pojawia się w postaci wybuchów, które można wykryć z wyprzedzeniem, na statku może znajdować się, powiedzmy, małe, dobrze osłonięte pomieszczenie, w którym załoga mogłaby przeczekać wybuch.
Sci-fi przychodzi na ratunek. W „Czerwonym Marsie” załoga misji kolonizacyjnej na Marsa doświadcza rozbłysku słonecznego i ukrywa się między swoimi zbiornikami z wodą - zbiornikami, które i tak musieli zabrać ze sobą. To darmowa tarcza. Po co zawracać sobie głowę dużym magnesem, skoro już masz wodę?
Istnieje również kilka interesujących wyników, które warto podkreślić, dotyczące pianek metalowych z wodą borowaną, które wydają się mieć dobrą o połowę masę http://www.researchgate.net/publication/222665311_A_novel_ultra-light_structure_for_radiation_shielding
Złoto w module księżycowym Apollo ??? Wydaje mi się, że był to aluminiowany kapton (coś w rodzaju mylaru), który wydaje się mieć tylko złoty kolor. Zobacz https://en.wikipedia.org/wiki/Space_blanket
W rzeczywistości NASA wyprodukowała zarówno kapton aluminiowany, jak i złocony; a sam Kapton jest tylko składnikiem wielowarstwowych arkuszy pokrywających moduły księżycowe. Większość tego, co widzisz na zewnątrz, ma tylko złoty kolor, ale nadal jest tam trochę złota. W przypadku niektórych instrumentów zastosowano również pokrycie złotem wewnątrz modułu; a powłoka wizjerów hełmów astronautów była czystym złotem.
@SF. Orion ma takie miejsce (nie dedykowane pomieszczenie)
@ThomasPornin Zobacz to pytanie i zaakceptowaną odpowiedź dotyczącą „złotej folii” na statku kosmicznym: http: //space.stackexchange.com/questions/5246/why-is-gold-used-in-space-technology-to-protection-from- promieniowanie cieplne / 5248
+1 za przesadę lub zabójstwo, co wywołało chichot; + 1 za dobrą odpowiedź, byłoby to +2, ale to wyglądało na przesadę;).
#2
+2
css
2013-07-31 18:23:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kolejną kwestią, którą należy wziąć pod uwagę w przypadku rozbłysków słonecznych, jest to, że skoro istnieje potencjalna możliwość „zobaczenia ich nadchodzących”, istnieje duży potencjał uzyskania znacznie zmniejszonej osłony. W szczególności statek może mieć coś w rodzaju schronu przeciwbombowego, ale w tym przypadku schronu przed rozbłyskami słonecznymi. Część statku dostatecznie duża, przynajmniej dla mieszkańców, mogłaby być osłonięta znacznie mocniej niż reszta statku, zmniejszając w ten sposób koszty związane z osłonami (zużycie energii i ogólnie dolary).

Bardzo dobry pomysł.
#3
+2
Rick Smith
2018-03-15 04:42:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Niebezpieczeństwo promieniowania jest zawyżone.

Misja klasy koniunkcji da astronaucie 31,8 remów w drodze z promieni kosmicznych (w obie strony), 10,6 remów z promieni kosmicznych na Marsie (zakładając, że zostaniesz około rok), rozbłyski słoneczne podczas tranzytu spowodują 5,5 rema (zakładając, że masz schron przed burzą promieniowania kosmicznego) i 4,1 rem na Marsie (ciało planety ekranuje promieniowanie od dołu, a atmosfera pomaga przed promieniowaniem słonecznym).

Jest to mniej niż życiowa dawka promieniowania pilota linii lotniczych i niższa niż w przypadku niektórych długoterminowych pobytów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Ma zerową szansę na wyrządzenie krzywdy w krótkim okresie i daje 1,1% szansy, że facet zachoruje na śmiertelnego raka przez resztę życia.

Możesz odrobinę zmniejszyć to narażenie na promieniowanie, zakładając worki z piaskiem górną część habitatu na Marsie, aby trochę go odsłonić, ale czas na Marsie jest cenny. Są lepsze rzeczy do zrobienia.

#4
  0
Johnny Robinson
2016-08-22 00:38:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Promieniowanie kosmiczne można osłonić masą. Może to wymagać kadłubów grubych na kilka stóp, czegoś w rodzaju lodu. Kadłub o grubości dwóch stóp obejmujący siedlisko o średnicy zaledwie 15 stóp stanowiłby bardzo dużą część jego całkowitej masy. Jednak ściany nie muszą być grubsze, gdy siedlisko jest większe. W przypadku siedliska o średnicy 100 stóp ściany o grubości 2 stóp stanowią znacznie mniejszą część jego całkowitej masy. Tak więc użycie masy do osłony wygląda okropnie w przypadku małych siedlisk, ale znacznie bardziej wykonalne w przypadku dużych. Te ściany chroniłyby również przed meteorami. Dlatego z pewnością pojawi się nacisk na większe siedliska, gdy będziemy w stanie je budować.

Dwie stopy faktycznie pogorszyłyby problem. Kiedy cząsteczki promieniowania kosmicznego zderzają się z jądrem atomu, tworzą deszcz nowych cząstek, z których każda może wytworzyć kolejny deszcz cząstek, gdy zderzają się z czymś. Nie jesteś chroniony, jeśli nie ma wystarczającej ilości materiału, aby rozproszyć energię, więc kaskada się zatrzyma. Ochrona wymagałaby około 5 m wody. [Źródło] (https://engineering.dartmouth.edu/~d76205x/research/Shielding/docs/Parker_06.pdf)
Po prostu podniosłem z powietrza stopę numer 2, żeby coś zaznaczyć. Jestem świadomy tego pojęcia o rozproszeniu. Wiem, że woda jest lepszą masą niż wiele substancji (to jest wodór), więc woda o określonej grubości blokowałaby więcej niż ta sama masa, powiedzmy, kamienia. Ze względu na zawartość wodoru brane są pod uwagę również tworzywa sztuczne. Nie wiem, czy badania ustaliły, jaka powinna być grubość. Ostatnio czytałem, że wciąż trwa debata. Jeśli znasz jakieś badania z definitywnymi odpowiedziami na temat tego, ile masy i jakiej substancji jest potrzebne, bardzo chciałbym o tym usłyszeć.
To prawda, że ​​jest w powietrzu, ale dwie stopy zdecydowanie pogorszyłyby sprawę, a nie lepiej. Przywołany artykuł dobrze uzasadnia, że ​​wystarczyłoby 5 m, ale trzeba to sprawdzić w kosmosie. Stack Exchange ma system głosowania, aby zachęcić ludzi do pisania odpowiedzi, które są tak jasne, pouczające i dobrze zbadane, jak to tylko możliwe. Komentarze, takie jak mój poprzedni, mają pomóc ludziom poprawić odpowiedzi.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...