Pytanie:
Jakie materiały zapewniają najlepszą ochronę przed promieniowaniem kosmicznym?
Gwen
2013-07-18 21:17:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W przypadku załogowych misji długodystansowych, takich jak misja na Marsa, nieuchronnie będziemy musieli chronić astronautów przed promieniowaniem kosmicznym, zwłaszcza w przypadku rozbłysku słonecznego lub SEP. Jakie materiały zapewniają najlepszą ochronę przed rodzajami wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego, na które astronauci byliby narażeni podczas tych podróży?

Z mojego punktu widzenia Mars nie ma żelaznego rdzenia, a zatem nie ma osłony magnetycznej, więc dotarcie do niego byłoby tylko częścią problemu. Utrzymanie życia wydaje się niemożliwe.
@Rick Ekranowanie przed promieniowaniem nie jest problemem nierozwiązywalnym. Może myślisz o terraformowaniu? Jeśli tak, to są tam również potencjalne rozwiązania, ale z pewnością wykraczające poza nasze obecne możliwości.
Pięć odpowiedzi:
#1
+20
Robert Mason
2013-07-18 21:34:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jest na ten temat całkiem niezła strona Wikipedii, która zawiera kilka opcji:

  • Woda zapewnia dość dobrą ochronę przed promieniowaniem (omawiana również z promieniowaniem lądowym tutaj), ale jest stosunkowo ciężki i jest zużywany podczas lotu.
  • Ciekły wodór jest również dobry i jest używany jako paliwo, więc będzie już na pokładzie. Jednak to również jest zużywane podczas lotu.
  • Moglibyśmy zmienić materiały, z których wykonany jest statek kosmiczny. Ponieważ materiały bogate w wodór dobrze chronią najbardziej powszechne rodzaje promieniowania kosmicznego, niektóre tworzywa sztuczne mogą działać. Jednak wymagałoby to trochę przeprojektowania, aby było praktyczne.
  • Jak powiedział JKor, ludzkie marnotrawstwo działa dobrze, ale ma problemy z „grubością”. Jest to jednak wyjątkowe, ponieważ zwiększa się, a nie zmniejsza w trakcie lotu, dzięki czemu może uzupełniać ciekły wodór i wodę.

Jednym z największych problemów związanych z wprowadzeniem dodatkowej osłony jest to, że zwykle jest ciężki i cięższy == większy koszt.

Strona Wikipedii wspomina o aktywnym ekranowaniu magnetycznym, ale w tym momencie jest to głównie idea teoretyczna.

Ekranowanie jest ważne dla również misje bezzałogowe (choć nie tak bardzo), ponieważ promieniowanie może mieć wpływ na systemy komputerowe poprzez zakłócanie pamięci magnetycznej - patrz ten artykuł National Geographic i ten komunikat prasowy NASA dla przykład takiego zdarzenia, które miało miejsce na sondzie Voyager 2.

#2
+14
Jon
2015-06-03 04:04:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeśli chodzi o potencjalne podróże w naszym Układzie Słonecznym, istnieją dwa ogólne typy promieniowania, które budzą nasze obawy!

Pierwszym rodzajem promieniowania jest promieniowanie słoneczne, które w większości składa się z niskiego i średniego energia protonów, elektronów i promieni rentgenowskich z naszej własnej gwiazdy. Chronilibyśmy przed protonami materiałami o niskiej masie cząsteczkowej. Zwykle do tego celu wykorzystuje się materiały wodór, takie jak wodorek litu, ze względu na ich skuteczność w zatrzymywaniu protonów i neutronów, które mogą pochodzić z przyszłych reaktorów, oraz ze względu na ich lekkość. Elektrony i fotony (promieniowanie rentgenowskie) najlepiej zatrzymują materiały o wysokiej Z. Materiały o wysokim Z składają się z pierwiastków, które mają wiele elektronów na atom. Podczas gdy materiały o wysokim Z są używane do zatrzymywania elektronów i fotonów, są one również przydatne w zatrzymywaniu innych naładowanych cząstek, w tym wspomagania protonów.

Drugim rodzajem promieniowania są galaktyczne promienie kosmiczne (GCR). GCR to zazwyczaj cząstki o bardzo dużej energii, takie jak atomy węgla i żelaza. Ze względu na ich energetyczny charakter i masywność tych cząstek bardzo trudno je zatrzymać. Zatrzymywanie GCR wymaga grubych warstw materiałów o wysokim Z, które są zwykle gęste i ciężkie. Ciężkie osłony są drogie i trudno je dostać w kosmos. Nie posunę się do stwierdzenia, że ​​nie możemy chronić się przed GCR, ale powiem, że waga współczesnych materiałów ekranujących sprawia, że ​​wydaje się, że obecne podejście do ekranowania GCR nie jest praktyczne.

Nasza gwiazda jest gwiazdą ciągu głównego typu G, która wytwarza hel poprzez fuzję proton-proton w swoim rdzeniu. Ze względu na dynamikę fuzji w naszej gwieździe, zjonizowane nuklidy helu są głównym produktem tej fuzji. Jednak część helu wytworzonego w wyniku fuzji proton-proton sama ulega stopieniu, co prowadzi do powstania węgla. Gdy gwiazdy stają się coraz bardziej masywne, zaczynają wiązać cięższe pierwiastki, które mogą zostać wyrzucone w kosmos. Żelazo-56 to najcięższy pierwiastek, jaki można wyprodukować z tradycyjnych gwiazd, przy czym najcięższe pierwiastki są wytwarzane przez znacznie bardziej energetyczne zdarzenia, takie jak supernowa.

Energia wytworzona w wyniku fuzji tych izotopów jonizuje gazy w pobliżu krawędzi naszej gwiazdy, wytwarzając obfite ilości protonów i elektronów, które są wyrzucane w przestrzeń podczas koronalnych wyrzutów masy. Mówiąc liczbowo, większość promieniowania z naszej gwiazdy, a także innych gwiazd, ma postać protonów, elektronów i fotonów, z mniejszymi ilościami ciężkich nuklidów. Statystycznie rzecz biorąc, im cięższe są nuklidy, tym rzadziej można je znaleźć w strumieniu w kosmosie. Chociaż mówię głównie o naszej gwieździe, to samo dotyczy innych gwiazd, niezależnie od ich masy.

Inne gwiazdy rzeczywiście wytwarzają protony, elektrony i fotony, które wpływają do naszej słonecznej sfery wpływów; jednak te inne gwiazdy wyrzucają promieniowanie we wszystkich kierunkach, a jedynie bardzo niewielka ich część jest wyrzucana w wąskim kącie stożka, aby dotrzeć do naszego Układu Słonecznego. Znaczna część naładowanego promieniowania z innych gwiazd jest również odchylana przez pole magnetyczne Słońca. W rezultacie ogromna większość protonów i elektronów w naszym Układzie Słonecznym została wyrzucona z naszej gwiazdy, a nie z innych gwiazd, a te, które nie są, mają w większości tę samą energię, co protony i elektrony wyrzucone z naszej własnej gwiazdy. Z tego powodu zasadniczo pomijamy nie słoneczne protony i elektrony w naszych obliczeniach ekspozycji na promieniowanie, ponieważ mają one nieistotny wpływ na dawkę pochłoniętą.

Jednak ciężkie pierwiastki wyrzucane z wydarzeń superenergetycznych, takich jak supernowa, są podróżują z prędkością bliską prędkości światła i w rezultacie mają głęboki wpływ na tkankę biologiczną i elektronikę, z którą się spotykają. Mimo że stanowią one bardzo mały ułamek całkowitej liczby cząstek na jednostkę objętości w przestrzeni, wpływ, jaki mogą mieć na pochłoniętą dawkę, nie jest bez znaczenia. Dlatego kiedy mówimy o galaktycznych promieniach kosmicznych, ogólnie mówimy o energetycznych ciężkich jonów z pozasłonecznych zdarzeń energetycznych, a nie o protonach i elektronach z normalnych, codziennych źródeł pozasłonecznych.

To dobra odpowiedź, ale GCR nadal to głównie protony i cząstki alfa. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_ray#Types
Nie jestem pewien, czy zgadzam się w sensie praktycznym. Cząsteczki alfa są uważane za ciężkie cząstki, więc myślę, że jest to w kontekście podanej przeze mnie definicji Ułamek protonów pozasłonecznych w naszym własnym układzie słonecznym jest nieistotny w porównaniu z protonami słonecznymi, do tego stopnia, że ​​znajduje się poniżej tła MDA w zależności od słońca warunki. Jednak wpływ CGR helu, węgla i żelaza jest bardzo zauważalny przy obliczaniu dawki i w stosunku do poziomów tła.
Artykuł w Wikipedii, do którego się odwołałem, daje mi inne zrozumienie. Czy jest to dokładne, kiedy mówi, że 99% GCR to protony i jądra He? Jeśli tak, nie rozumiem, dlaczego (nawet) cięższe cząstki mogą być ważniejsze. Szukałem wcześniej lepszych wyjaśnień online bez powodzenia. Twój wkład może być również cenny w tej sekcji: http://space.stackexchange.com/a/8666/4660
Rozszerzę mój post, aby jak najlepiej odpowiedzieć na to pytanie bez napotykania ograniczeń miejsca na znaki.
Krótko mówiąc, jest to definicja nauka kontra inżynieria. Protony i elektrony to najbardziej obfity produkt ze wszystkich gwiazd, a następne są jony o mniejszej masie. Gdyby jednak zsumować wszystkie cząstki w naszym układzie, większość (> 99%) pochodziła z naszej gwiazdy, więc pomijamy dodatkowe cząstki słoneczne w calach. Jednak superciężkich jonów z super-nowej nie można pominąć, więc zazwyczaj zachowujemy definicję GCR, aby opisać te cząstki, a nie protony i elektrony z tradycyjnych emisji słonecznych.
Rozszerzona odpowiedź jest całkiem pomocna - ale zadałem nowe pytanie, ponieważ wciąż zastanawiam się nad różnicą, jaką robią znacznie wyższe energetyczne protony promieniowania kosmicznego w porównaniu z protonami pochodzącymi ze słońca, wydaje mi się, że muszą one być znaczące, mimo że są bardzo mały ułamek protonów tam. Może nie dla elektroniki, ale dla ludzi? Czy może to mieć wpływ na sposób, w jaki obliczenia są obecnie wykonywane?
Wyślij mi link do swojego nowego pytania, nie mogłem go znaleźć.
O przepraszam - http://space.stackexchange.com/q/9331/4660
Hej, jakieś uwagi / linki dotyczące gęstości, grubości i skuteczności?
#3
+7
JKor
2013-07-18 21:22:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jednym z możliwych materiałów, o którym wspomniano w Scientific American, są odchody. Znajdujące się w nim węglowodory mogą bezpiecznie absorbować promieniowanie.
Jednak większość społeczeństwa odrzuciłaby tę możliwość ze względu na czynnik gruboskórny (podobnie jak recykling wody poprzez oczyszczanie i odkażanie moczu).

Jeśli to zadziała, to czy nie powinny też załatwić zwykłe węglowodory, zamiast pochodzić z kału?
Bardziej opłacalne jest użycie fekaliów, ponieważ nie trzeba wtedy zwiększać masy węglowodorów. Pomysł, o którym wspominano w Scientific American, brzmiał: „wyjdź na zewnątrz wyściełany jedzeniem, wróć wyściełany odchodami”.
Opinia publiczna wydaje się być w porządku, jeśli ludzie ISS piją przetworzony pot i mocz (nie mogę wyciągnąć, gdzie to przeczytałem :-( Artykuł, w którym wspomniano, że opinia publiczna nie była zainteresowana osiągnięciami ISS i przeważnie to zignorowała).
Na pokładzie pojazdu będą znajdować się odchody, niezależnie od tego, czy jest używany do ekranowania, czy nie. To musi być jakoś przechowywane. Dlaczego nie w pustych przestrzeniach w ścianach? To samo dotyczy wody pitnej i wody „szarej”. Nadal byłoby potrzebne inne osłony, ale przynajmniej oszczędzam to wewnętrzną objętość w statku kosmicznym - i być może także zbiorniki oddzielające masę. Może.
#4
+3
Undo
2013-07-18 21:26:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mówi się, że możliwe jest użycie magnesów jako osłony przed promieniowaniem kosmicznym:

Astronauci podróżujący na Międzynarodową Stację Kosmiczną są chronieni przed większością tego promieniowania przez atmosferę ziemską, ponieważ podobnie jak jej „magnetosfera”, namagnesowany bąbel plazmy otaczający Ziemię, utworzony przez jej pole magnetyczne. Jednak ludzie na dłuższych lotach nie będą mieli tej naturalnej osłony i dlatego są bardziej narażeni.

...

wstrzyknięcie naddźwiękowej plazmy do 1,5-metrowego naczynia próżniowego wyłożonego cewki, z magnesem docelowym umieszczonym na dalszym końcu naczynia. Korzystając zarówno z obrazowania optycznego, jak i sondy elektromagnetycznej, zespół Bamforda wykazał, że magnes docelowy odchyla plazmę w taki sposób, że objętość przestrzeni otaczającej magnes jest prawie całkowicie wolna od cząstek plazmy.

- świat fizyki. com

Obraz pokazujący, jak radzi sobie z tym ziemskie pole magnetyczne:

enter image description here

Sprytnie!

To brzmi świetnie! Ale czy nie byłoby to zbyt energochłonne, aby było praktyczne w przypadku misji dalekiego zasięgu?
@Gwenn Cóż, prawdopodobnie potrzebowalibyśmy przede wszystkim jakiegoś szalenie mocnego silnika, prawda? Musisz także wziąć pod uwagę konsekwencje energetyczne wystrzelenia statku kosmicznego pokrytego ołowiem.
@Undo, czy wiesz o czymś nowszym, co mógłbyś [dodać tutaj] (http://space.stackexchange.com/q/20596/12102)?
@uhoh Nie, przepraszam!
@Undo OK, zapraszamy do dodania tam tych informacji * jako odpowiedzi uzupełniającej *. Szukam czegoś nowego, ale to ciekawe tło. Tylko myśl.
#5
  0
Muze
2018-04-04 20:13:17 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wiem, że to nie jest tak dobra jak odpowiedź niż większość tutaj. Powiedziałbym, że wokół statku można nadmuchać sterowiec, a gaz naelektryzować, by stworzyć ekranowanie elektromagnetyczne. Ta metoda jest lekka.

https://chemistry.stackexchange.com/questions/94514/can-gas-be-made-to-block-radiation-better

Co to jest naelektryzowany gaz? Masz na myśli zjonizowany? Pasy Van Allena Ziemi pracują z polem magnetycznym Ziemi, ale znajdują się poza jej atmosferą.
@Uwe światło neonowe lub fluorescencyjne jest dobrym przykładem, ale może istnieje gaz, który nie świeci się, pozostając przezroczysty po zjonizowaniu, który emituje pole EM, które może blokować promieniowanie?


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...