Радиация в космосе: #космосиздома |

Содержание

«Чанъэ-4» измерила уровень радиации на поверхности Луны

Физика
Космонавтика

21:00
25 Сен. 2020

Сложность
3.5

Спускаемый аппарат миссии «Чанъэ-4». Стрелкой указано положение дозиметрического датчика, который вмонтирован в отсек полезной нагрузки

Chinese National Space Agency (CNSA) and National Astronomical Observatories of China (NAOC)

Нейтронный и дозиметрический эксперимент на лунном посадочном модуле (Lunar Lander Neutrons and Dosimetry experiment, LND) китайской миссии «Чанъэ-4» впервые измерил уровень радиации на поверхности Луны в зависимости от времени. Эквивалентная мощность дозы излучения составила около 1369 микрозиверт в сутки, что примерно в 1,9 раза превышает аналогичный показатель на борту Международной космической станции и приблизительно в 200 раз — на поверхности Земли. Результаты исследования опубликованы в Science Advances.

Один из основных факторов риска в космосе — это радиационный фон, который преимущественно складывается из множества заряженных частиц, испущенных Солнцем или другими галактическими источниками. Когда частицы пролетают сквозь биологические ткани, их энергии может оказаться достаточно, чтобы повредить молекулы на своем пути. Поверхность Земли ограждена от радиации атмосферой, в которой частицы тормозятся и фон ослабевает, однако в открытом космосе или на поверхности других небесных тел (например, Луны) такая защита отсутствует.

Если частиц вокруг много, и воздействие длится долго, то суммарный эффект от радиационного фона может представлять опасность для здоровья и даже жизни человека. В связи с этим для космонавтов устанавливают нормативы облучения: так, по российским стандартам суммарная доза за всю жизнь не должна превышать одного зиверта, за год — 0,5 зиверта. Кроме того, для планирования пилотируемых космических миссий важно представлять уровень внешнего фона на том или ином этапе полета — это позволяет эффективно продумать защиту от излучения и обезопасить космонавтов.

От редактора

В исходной версии заметки говорилось, что полный уровень радиации на МКС в 2,6 раза ниже, чем на Луне, а допустимый предел облучения в год по российским нормам составляет 0,2 зиверта в год — на самом деле первое относится только ко вкладу галактических космических лучей, а второе — приблизительно соответствует фактически получаемой дозе.

Ученые из Китая и Германии под руководством Шэньи Чжан (Shenyi Zhang) из Национального космического центра Китайской академии наук проанализировали данные нейтронного и дозиметрического эксперимента на лунном посадочном модуле (LND) миссии «Чанъэ-4», которые тот собирал в январе–феврале 2019 года (только в светлое время лунных суток из-за низких ночных температур), и впервые в истории представили данные о ежедневном уровне радиации на поверхности Луны.

Установка LND вмонтирована в отсек полезной нагрузки спускаемого аппарата и содержит 10 двухсегментных кремниевых детекторов, которые расположены друг за другом. Эти детекторы регистрировали частицы, прилетавшие через отверстие в отсеке полезной нагрузки. По сигналам детекторов рассчитывалась линейная передача энергии — то есть потеря энергии ионизирующего излучения в расчете на единицу длины пути.

Фотография LND

Robert Wimmer-Schweingruber et al. / arXiv.org, 2020

Схематическое изображение LND в составе посадочного модуля

Robert Wimmer-Schweingruber et al. / arXiv.org, 2020

Из полученного числа авторы вычитали добавку, вносимую радиоизотопным термоэлектрическим генератором и радиоизотопными нагревателями, которые были установлены на борту посадочного модуля — этот вклад был измерен еще в августе 2018 года, до запуска миссии. Затем ученые конвертировали оставшуюся величину в эквивалентную мощность дозы, чтобы оценить предполагаемое влияние радиации на организм.

По результатам расчетов средняя мощность дозы на поверхности Луны составила около 1369 микрозивертов в сутки — за то же время на борту МКС доза составляет приблизительно 731 микрозиверт, а на Земле аналогичный показатель примерно в 200 раз ниже. Оказалось также, что в пределах погрешности данные LND сходятся с данными лунной миссии CRaTER, которая 2 февраля 2019 года измеряла радиационный фон на точке орбиты вблизи положения посадочного модуля.

Кроме того, исследователи отмечают, что измерения приходились на минимум солнечной активности, а потому их можно использовать для верхней оценки на интенсивность галактических космических лучей — фон от последних в такие периоды является наиболее высоким.

Ранее мы рассказывали об итогах биологического эксперимента на «Чанъэ-4» и результатах исследования, в котором ученые исключили взаимосвязь между повышенными дозами радиации и смертностью от рака и сердечно-сосудистых заболеваний у космонавтов.

Николай Мартыненко

Радиация из космоса: может ли она привести к раку? | Клиники «Евроонко»

Евроонко
Вопросы и ответы
Радиация из космоса: может ли она привести к раку?

Для большинства людей слово «радиация» несет яркую негативную окраску. Если спросить случайного человека на улице, что это такое, то, скорее всего, вы услышите рассуждения о «вредном излучении», которое вызывает мутации, рак и другие смертельно опасные заболевания. Возможно, вам встретится человек, который когда-то лечился от рака, и он расскажет, как радиация помогла уничтожить его злокачественную опухоль. Кто-то вспомнит о Чернобыле и посетует на риски атомной энергетики. А может быть вы слышали о том, как опасно излучение вышек 5G и микроволновых печей.

Истина же в том, что на самом деле радиация окружает нас повсюду. В науке чаще всего употребляют термин «ионизирующие излучения», и они далеко не всегда дело рук человека. Их предостаточно в космосе, естественные ионизирующие излучения испускаются Солнцем и даже поднимаются из недр Земли.

Откуда берется космическое излучение?

Существуют два вида космического излучения: солнечное и галактическое.

Солнечное излучение (солнечная радиация) состоит из волнового и корпускулярного компонентов. Волновой компонент — это электромагнитное излучение. Оно включает радиоволны, ультрафиолетовое, инфракрасное, рентгеновское излучение, свет, благодаря которому мы видим окружающие предметы. Корпускулярный компонент представляет собой заряженные частицы. В большинстве своем это протоны (положительно заряженные частицы, из которых состоят ядра атомов), ядра атомов гелия (альфа-частицы — состоят из двух протонов и двух нейтронов), электроны (отрицательно заряженные частицы). Солнце — самый большой естественный источник радиации рядом с Землей. Часть излучения исходит от его короны — самого верхнего, разреженного и горячего слоя. Эта солнечная радиация называется «солнечным ветром».

Запись на консультацию круглосуточно +7 (495) 668-82-28 Онлайн-запись на прием

Не все излучения одинаково опасны

Все излучения, в зависимости от того, как они действуют на воздух, воду и живые ткани, делятся на две большие группы:

Ионизирующие излучения

Проходят сквозь живые ткани и за счет своей высокой энергии выбивают из молекул электроны, тем самым ионизируя их, либо перемещают электроны на более высокие энергетические уровни и активируют атомы. В итоге молекулы разрушаются, образуется много свободных радикалов. Это приводит к повреждениям ДНК, аминокислот, белков и других молекул. Ионизирующее излучение можно сравнить со множеством пушечных ядер размером с атомы. Они проходят сквозь тело, наносят урон, а человек этого даже не чувствует. К ионизирующим относятся рентгеновские, альфа-, бета- и гамма-излучения и др. Степень повреждения зависит от проникающей способности излучения, его интенсивности, времени воздействия и радиочувствительности тех или иных живых тканей. Например, рентгенография или КТ безопасны, так как во время них человека кратковременно облучают очень небольшими дозами.

Неионизирующие излучения

Не обладают такими свойствами, но и они способны причинять вред здоровью. К неионизирующим излучениям относят радиоволны, волны микроволнового диапазона, которые используются в микроволновых печах, видимый свет, инфракрасное излучение (тепло). Неионизирующие излучения становятся опасны, когда они сильные и воздействуют на человека долго — в основном это касается людей, которые работают с определенными видами оборудования на предприятиях.

В физическом смысле неионизирующие излучения отличаются от ионизирующих тем, что у них меньше частота и больше длина волны. За счет этого они обладают меньшей энергией.

Как видно на рисунке, граница между ионизирующими и неионизирующими излучениями проходит там, где находятся ультрафиолетовые лучи. Вообще их относят к неионизирующим. Но они, как и ионизирующие, способны повреждать клетки и приводить к раку.

Галактическое излучение возникает в нашей галактике за пределами Солнечной системы. Это поток ядер различных элементов, лишенных электронов и движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Они образуются во время вспышек сверхновых — взрывов массивных звезд, в результате чего выделяется огромное количество энергии. Хотя эти звезды и находятся очень далеко от Земли, их излучение достигает нашей планеты и ежедневно «обстреливает» ее.

Воздействует ли космическое излучение на жителей Земли?

Земля постоянно подвергается воздействию больших доз космической радиации, но крепко держит этот смертоносный удар и защищает от него всех своих обитателей. У нашей планеты есть два надежных щита: атмосфера и магнитное поле. Часть космической радиации все же доходит до поверхности и воздействует на людей, но это не опасно. В среднем каждый человек получает примерно 3,5–3,9 миллизивертов радиации в год. Половина этой дозы обусловлена искусственными источниками, еще половина — естественными, и только 10% приходит из космоса.

3,5 миллизивертов в год — это много или мало? Один зиверт связан с 5,5% вероятностью того, что в позднем возрасте у человека разовьется рак, вызванный ионизирующими излучениями. В одном зиверте 1000 миллизивертов, так что бояться нечего.

Солнце — наш друг и враг

Наиболее опасное излучение, которое приходит из космоса и воздействует на человека — это ультрафиолетовые лучи Солнца.

Долгое время темный загар считался признаком здоровья и того, что человек хорошо провел лето, а в солнечных ожогах врачи и ученые не видели особой проблемы. В 30-е годы прошлого столетия было обнаружено, что в группах людей с высокими уровнями заболеваемости раком кожи реже встречаются другие злокачественные опухоли. Было даже предложено «использовать световые лучи подходящей интенсивности для преднамеренного развития рака кожи, чтобы уменьшить количество других видов рака».

В 1941 году американский профессор Фрэнк Апперли из Медицинского колледжа Вирджинии заметил, что смертность от рака кожи среди жителей более теплых штатов выше, чем в регионах с более холодным климатом. Ему удалось связать уровни смертности от рака кожи с интенсивностью воздействия солнечных лучей.

Сегодня уже ни у одного ученого и врача-онколога не возникает сомнений в том, что ультрафиолетовое излучение Солнца — главный фактор риска развития рака кожи и меланомы, так как оно повреждает ДНК в клетках. Искусственные источники УФ-лучей, такие как солярии, обладают аналогичным эффектом. Риски повышаются всякий раз, когда человек получает солнечные ожоги, и это особенно опасно в детстве.

Например, вот такой позиции придерживаются эксперты из Международного агентства по изучению рака (IARC), которое является частью ВОЗ:

Солнечное излучение является канцерогенным для человека.
Использование устройств для загара, являющихся источниками ультрафиолетового излучения является канцерогенным для человека.
Ультрафиолетовые лучи являются канцерогенными для человека.

И если базальноклеточный и плоскоклеточный рак прогрессируют медленно, чаще всего их удается выявить на ранней стадии и полностью удались, то меланома — очень агрессивная злокачественная опухоль, при которой быстро происходит метастазирование и сильно ухудшается прогноз.

Подробнее о факторах риска меланомы, методах диагностики и лечения вы можете прочитать на нашем сайте в этой статье. А также мы рассказывали о том, как инженер-оптик из Франции, а ныне фотограф Пьер-Луи Ферр решил показать, что происходит с кожей людей под действием ультрафиолетового излучения.

А как насчет авиаперелетов?

Когда человек путешествие в самолете, на его организм действуют более высокие дозы космического излучения — особенно на большой высоте и в высоких широтах (ближе к северному и южному полюсам). Однако, даже при относительно частых авиаперелетах дозы по-прежнему очень малы.

Об ощутимом повышении риска развития онкологических заболеваний можно говорить только у пилотов и других членов экипажей, которым приходится находиться в воздухе очень часто. Но и у них годовая доза полученного облучения из космоса едва достигает 1 миллизиверта в год. Для экипажей, которые постоянно летают в дальние и полярные рейсы, эта доза может достигать 6 миллизивертов в год.

В 2018 году американские ученые решили сравнить заболеваемость разными онкологическими патологиями среди бортпроводников и населения в целом. Оказалось, что у бортпроводников чаще встречаются разные типы рака. Стаж работы был напрямую связан с риском развития базальноклеточного и плоскоклеточного рака кожи. Это вполне объясняется более сильным воздействием ультрафиолетового излучения на больших высотах. У женщин-бортпроводников, имевших трех и больше детей, была обнаружена связь между продолжительностью стажа и вероятностью развития рака молочной железы. Впрочем, в случае со злокачественными опухолями молочных желез роль космического излучения может быть не столь значительна: среди возможных причин — нарушения циркадных ритмов во время авиаперелетов и другие факторы риска, не связанные с работой. Этот вопрос еще предстоит изучить более подробно.

Запись на консультацию круглосуточно +7 (495) 668-82-28 Онлайн-запись на прием

Какую дозу излучения получают космонавты?

Действие самых высоких доз космической радиации приходится испытывать организму космонавтов. Когда человек находится на высоте 400 километров, на него действует более 0,5 миллизивертов в день. За 12 дней набегает доза, равная годовой для пилотов.

Действие космических излучений на космонавтов зависит от пяти основных факторов:

Циклы солнечной активности

Раз в 11 лет на Солнце происходят вспышки, сопровождающиеся выбросом больших доз излучений.

Индивидуальная чувствительность к излучениям

Эта область пока еще изучается. Не до конца понятно, какие особенности организма делают человека более уязвимым к радиации. Играет роль возраст, общее состояние здоровья, действие высоких и низких температур, невесомости и других факторов, ослабляющих иммунную систему.

Высота над Землей

Чем больше — тем выше доза.

Продолжительность космического полета

Степень защиты космических аппаратов и скафандров

Были проведены некоторые исследования, во время которых изучалась связь между воздействием космического излучения и онкологическими заболеваниями у космонавтов. Ученые не обнаружили существенных рисков. Однако, у человечества на космос большие планы. Пока сложно сказать, насколько большой проблемой станет радиация, когда люди будут путешествовать в отдаленные уголки Солнечной системы или начнут колонизировать Марс. Потенциальные риски для космических туристов — еще одна актуальная и малоизученная проблема. Эксперты считают, что на орбиту точно не стоит летать людям с кардиостимуляторами и другими имплантированными электронными устройствами, потому что космическое излучение может нарушить их работу.

Антирадиационный щит для космонавтов сделают из чернобыльской плесени

28 июля 2020
10:46

Анатолий Глянцев

Чернобыльская катастрофа подсказала неожиданный путь защиты космонавтов от радиации.

Фото EPA.

Способность плесени вида Cladosporium sphaerospermum поглощать гамма-лучи может быть использована для освоения космоса.

Фото Medmyco/Wikimedia Commons.

Учёные предложили необычный способ защитить человека от космической радиации. Живым щитом для космонавтов должны стать колонии плесневых грибов, процветающие в разрушенном реакторе Чернобыльской АЭС.

Подробности изложены в препринте научной статьи, опубликованном на сайте biorXiv.org.

Космическое пространство пронизано опасной радиацией. Быстрые электроны, ядра атомов и гамма-кванты заставляют задуматься не о том, как сажать картофель на Марсе, а о том, как добраться туда живым.

Космонавты на борту МКС и других околоземных станций защищены магнитным полем Земли. Оно прикрывает их от большей части заряженных частиц. Но этот щит не идеален, и большая часть радиационного фона на орбите приходится как раз на пропущенные им электроны и атомные ядра.

К тому же космос пронизан ещё и опасными гамма-лучами, от которых магнитное поле не защищает никак. Каждого из нас, скучно ползающего по поверхности планеты, от них прикрывает толстая атмосфера, но воспарившие ввысь космонавты такой защиты лишены.

В атомной промышленности всепроникающее гамма-излучение блокируют с помощью толстых стен из бетона, свинца и других материалов. Увы, при современной грузоподъёмности ракет космонавтам приходится только мечтать о подобной «броне». Толщина стенки МКС – всего 1,5 миллиметра.

Из-за пропущенных магнитным полем заряженных частиц и (в меньшей степени) из-за гамма-квантов радиационный фон на орбите в двести (!) раз выше, чем на поверхности Земли. Именно поэтому предельно допустимый срок пребывания в космосе – четыре года. (К слову, рекорд по суммарной продолжительности пребывания на орбите установлен Геннадием Падалкой и составляет 878 суток.)

Теперь биологи придумали, как защитить космонавтов по крайней мере от гамма-излучения. Такая защита могла бы пригодиться и космонавтам на околоземной орбите, и покорителям других планет.

Способность плесени вида Cladosporium sphaerospermum поглощать гамма-лучи может быть использована для освоения космоса.

Фото Medmyco/Wikimedia Commons.

Исследователи предложили использовать плесневый гриб вида Cladosporium sphaerospermum. Этот примечательный организм не только не погибает от гамма-излучения, но и извлекает из него энергию для синтеза органических веществ из неорганических. Это своего рода фотосинтез, только место солнечного света занимает радиация. Благодаря своей суперспособности C. sphaerospermum процветает на руинах разрушенного реактора Чернобыльской АЭС.

Так, может быть, воспользоваться способностью гриба поглощать гамма-кванты и сделать из него в буквальном смысле живой щит от этого вида радиации?

Для проверки этой идеи в 2018 году колония C. sphaerospermum в замороженном виде отправилась на МКС. Благополучно перенеся разморозку, плесень быстро разрослась в предоставленной ей половине сосуда. Другая (контрольная) половина сосуда была заполнена обычным агаром. В течение 30 дней аппаратура измеряла гамма-фон за слоем грибов.

По мере того как C. sphaerospermum разрастался, поток гамма-квантов уменьшался. Плёнка толщиной 1,7 миллиметра снизила гамма-фон примерно на 2%.

Это значит, что всего 21-сантиметровый слой плесени мог бы уменьшить радиационный фон, типичный для поверхности Марса, до земного уровня, если бы весь этот фон создавался только гамма-лучами.

К тому же очень удобно, что колонию грибов не нужно везти с Земли в готовом виде. Она сама вырастет из маленького образца, если обеспечить ей подходящие условия, включая углекислый газ и воду (того и другого на Марсе предостаточно).

Увы, на Красной планете с её отсутствием глобального магнитного поля и тонкой атмосферой, как и на пути к ней, самую большую угрозу представляют заряженные частицы. Эта угроза настолько серьёзна, что многие эксперты сомневаются в осуществимости пилотируемых полётов на Марс до тех пор, пока человечество не научится выводить в космос корабли с обшивкой метровой толщины.

Тем не менее щит из C. sphaerospermum мог бы стать по крайней мере частью радиационной защиты, прикрыв космонавтов хотя бы от гамма-лучей.

Подчеркнём, что научная публикация авторов представляет собой препринт, то есть она пока не прошла проверку независимыми экспертами.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, что защищает от радиации знаменитых своей живучестью тихоходок. Писали мы и о спорах плесени, выдерживающих невероятные дозы облучения.

наука
космос
биология
космонавтика
радиация
экстремофилы
грибы
новости

Радиация и пилотируемые космические исследования

Одежда для защиты от радиации на Международной космической станции (НАСА)

Предметы

Физика,
Тепло и энергия,
Волны, Звук, Свет,
космическая наука,
Исследование космоса

Давайте поговорим о науке

23 января 2020 г.

Удобочитаемость

8,87

Как это согласуется с моей учебной программой?


Марка	Курс	Тема

АБ
12
Физика 30 (2007 г., обновление 2014 г.)
Модуль D: Атомная физика

МБ
12
Старший 4 Физика (2005)
Тема 4: Медицинская физика

NB
9
Наука 9: Динамика экосистем (2020)
Экосистемы: энергия, материя и взаимодействия

NL
11
Физика 2204 (2018)
Раздел 3: Работа и энергия

NS
12
Физика 12 (2015, 2019)
Радиоактивность

НУ
12
Physics 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок D: Атомная физика

КК
Раздел IV
Экологические науки и технологии
Материальный мир

КК
Раздел IV
Наука и окружающая среда
Материальный мир

SK
12
Физика 30 (2017)
Современная физика

НУ
12
Физика 3204 (2019)
Модуль 4: Введение в квантовую физику

AB
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 8, 9 (пересмотрено в 2009 г. )
Блок E: Исследование космоса

AB
9
Наука 7-8-9 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок E: Исследование космоса

до н.э.
11
Науки о Земле 11 (июнь 2018 г.
Большая идея: Астрономия стремится объяснить происхождение и взаимодействие Земли и ее Солнечной системы.

МБ
9
Старший 1 Наука (2000)
Кластер 4: Изучение Вселенной

NL
9
9 класс Наука
Блок 1: Космос (пересмотрен в 2011 г.)

NS
9
Наука 9 (2021)
Исследование космоса

НУ
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 9 (Альберта, редакция 2009 г.)
Блок E: Исследование космоса

NU
9
Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок E: Исследование космоса

ВКЛ.
9
Естествознание, 9 класс, академический (SNC1D)
Strand D: Изучение Вселенной

ON
9
Прикладные науки 9 класса (SNC1P)
Strand D: Исследование космоса

ON
12
Науки о Земле и космосе, 12 класс, университет (SES4U)
Strand C: Planetary science (Наука о Солнечной системе)

YT
11
Науки о Земле 11 (Британская Колумбия, июнь 2018 г. )
Большая идея: Астрономия стремится объяснить происхождение и взаимодействие Земли и ее Солнечной системы.

СК
9
Наука 9 (2009)
Наука о Земле и космосе – Изучение нашей Вселенной (ЕС)

Одной из величайших опасностей, с которыми сталкиваются люди в космосе, является космическое излучение. Узнайте, что такое космическое излучение, почему оно опасно и как мы ищем способы защиты людей в глубоком космосе.

Откуда берется радиация?

Радиация повсюду на Земле. Он есть в воздухе, воде, пище, почве и во всех живых организмах. Излучение также исходит от Солнца и других звезд. Это называется космическим излучением .

Космическое излучение включает два типа излучения. Электромагнитное излучение состоит из лучей, таких как гамма-лучи или рентгеновские лучи. Излучение частиц может включать нейтроны, альфа-частицы или бета-частицы. Они происходят из ядер тяжелых атомов, таких как железо.

К счастью, атмосфера Земли и магнитосфера (магнитное поле) помогают поглощать и фильтровать это излучение. Некоторое количество излучения действительно проходит через эти защитные барьеры. Однако мы защищены от высоких доз космического излучения.

Каковы опасности радиации для полета человека в космос?

Космическое излучение представляет собой одну из величайших опасностей для людей, путешествующих в космос. Частицы космических лучей представляют собой заряженные частицы, обладающие высокой энергией. Они являются формой ионизирующего излучения. Этот тип излучения опасен для людей и машин в космосе. Когда эти частицы сталкиваются с частицами других объектов, они могут расщеплять свои молекулы. Это может привести к образованию вторичных частиц, таких как нейтронов и других субатомных частиц.

Как вы узнали, излучение может исходить от нейтронов, альфа-частиц, бета-частиц и гамма-лучей. Но нейтроны проникают в материю на более глубоком уровне, чем другие формы излучения. У людей нейтронное излучение может повредить клетки или вызвать их мутировать . Эти клетки могут стать раковыми или погибнуть.

Проникающая способность различных форм излучения (© Let’s Talk Science, 2019). Изображение — текстовая версия

На цветной диаграмме показано, как разные виды излучения проникают в разные объекты.

В верхней части панели черными буквами на ярко-желтом прямоугольнике написано название: Проникающая способность различных форм излучения. Слева — желтый символ радиации на черном фоне.

Ниже ряд иллюстраций из разных материалов. Слева — человеческая рука. Это помечено как Бумага, человеческая ткань. Далее идет тонкая серая полоска. Он помечен как Тонкий металл (например, алюминий). Далее идет толстая, темная, серая полоса. Это обозначено толстым листом железа или свинца. Справа большой прямоугольник с узором из светло- и темно-серых кругов. Это обозначено как Толстая стенка материала, содержащего водород (например, вода, бетон).

Альфа-частицы представлены линией маленьких красных точек. Эта линия начинается слева и заканчивается у руки человека.

Бета-частицы представлены линией средних синих точек. Эта линия проходит через человеческую руку и останавливается на тонком металле.

Гамма-лучи представлены волнистой зеленой линией. Эта линия проходит через человеческую руку и тонкий металл и останавливается на толстом металле.

Нейтроны представлены линией больших оранжевых точек, расположенных близко друг к другу. Эта линия проходит через человеческую руку, тонкий металл, толстый металл и выходит на поверхность толстой стенки материала, содержащего водород.

Из-за опасности космического излучения ученые обеспокоены его воздействием на человека. Особенно их беспокоят астронавты и космонавты, которые проводят длительные периоды времени в космосе.

Космические корабли имеют специальную защиту, предотвращающую проникновение космической радиации внутрь корабля. Космические скафандры предназначены для того же. Эти скафандры особенно важны для астронавтов, посещающих Луну, Марс или астероиды.

Несмотря на то, что у нас есть эти меры предосторожности, ученые до сих пор не уверены, как длительное воздействие космического излучения влияет на астронавтов и космонавтов. Ученые считают, что длительное воздействие космического излучения может вызвать рак или болезни сердца. Но по данным 2019 г.исследования, люди, которые до сих пор путешествовали в космос, имеют не больше шансов умереть от рака или сердечных заболеваний, чем люди, которые этого не сделали. Это может быть связано с тем, что большинство астронавтов и космонавтов летали на низкую околоземную орбиту. Там их до сих пор защищает магнитное поле Земли. Кроме того, астронавты и космонавты обычно не проводят в космосе больше нескольких месяцев подряд. Но ученые беспокоятся о том, как более длительные путешествия в глубокий космос повлияют на космических путешественников. Например, как космическое излучение повлияет на людей, которые посетят Марс?

Знаете ли вы?
Рекорд по количеству дней подряд в космосе принадлежит космонавту Валерию Полякову. Его полет на космической станции «Мир» с 1994 по 1995 год длился 438 дней, или около 15 месяцев.

Нам еще многое предстоит узнать о долгосрочном воздействии космического излучения на людей в космосе. Ученые узнают больше об этой теме каждый день. Они проводят эксперименты в Лаборатории космического излучения НАСА в Брукхейвене, штат Нью-Йорк, и на Международной космической станции!

Радиация и исследование космоса человеком (2013 г.) по видео НАСА (9:03 мин.).

Отправные точки

Хотели бы вы полететь в космос, несмотря на риск облучения космическим излучением? Почему или почему нет?
Делали ли Вы рентген в кабинете стоматолога? Почему стоматолог надевает тяжелый фартук на ваше тело и шею, когда делает рентген? Какой защитный материал содержит этот фартук?

Почему необходимы дополнительные исследования воздействия радиации в космосе?
Как окружающая среда Земли защищает человека от космической радиации?

Что такое космическое излучение и какие формы излучения оно включает?
Почему ионизирующее излучение губительно для организма человека?
Какой вид ионизирующего излучения наиболее опасен для здоровья человека?
Объясните, как ионизирующее излучение может воздействовать на организм человека.
Как космонавты физически защищены от космического излучения во время путешествия в космос или во время проживания и работы на МКС? Какие еще методы защиты изучаются?

Почему последствия радиационного облучения людей в космосе все еще находятся в стадии эксперимента?
Каким образом инновации в науке и технике могут создать рабочую среду в космосе, которая будет подвергать астронавтов меньшему воздействию космического излучения?

Это видео и статья могут быть использованы для поддержки преподавания и изучения космических наук, космоса, физики, здоровья, волн, звука, света, исследования космоса, тепла и энергии, связанных с излучением, физикой элементарных частиц и пилотируемыми космическими полетами. Введенные понятия включают излучение, космическое излучение, электромагнитное излучение, излучение частиц, магнитосферу, ионизирующее излучение, нейроны и мутацию.
Перед просмотром этого видео и чтением статьи учителя могут предложить учащимся выполнить стратегию обучения Vocabulary Preview, чтобы задействовать свои предыдущие знания и ввести новую терминологию. Готовые к использованию воспроизводимые версии Vocabulary Preview доступны в форматах [Google doc] и [PDF].
Во время и после просмотра видео и чтения статьи учителя могут предложить учащимся использовать стратегию обучения «Диаграмма Венна для печати видео» для систематизации и сравнения информации из обоих ресурсов. Готовые к использованию воспроизводимые копии диаграммы Венна для печати доступны в форматах [Google doc] и [PDF].
Для дальнейшего изучения этой темы учащиеся могут также прочитать справочные материалы «Воздействие радиации на организм» и «Влияние радиации на клетки и ДНК».

Связь и общение

Хотели бы вы отправиться в космос, несмотря на риск воздействия космической радиации? Почему или почему нет?
Делали ли Вы рентген в кабинете стоматолога? Почему стоматолог надевает тяжелый фартук на ваше тело и шею, когда делает рентген? Какой защитный материал содержит этот фартук?

Связь науки и техники с обществом и окружающей средой

Почему необходимы дополнительные исследования воздействия радиации в космосе?
Как окружающая среда Земли защищает человека от космической радиации?

Изучение концепций

Что такое космическое излучение и какие формы излучения оно включает?
Почему ионизирующее излучение губительно для организма человека?
Какой вид ионизирующего излучения наиболее опасен для здоровья человека?
Объясните, как ионизирующее излучение может воздействовать на организм человека.
Как космонавты физически защищены от космического излучения во время путешествия в космос или во время проживания и работы на МКС? Какие еще методы защиты изучаются?

Природа науки/природа технологии

Почему воздействие радиации на человека в космосе все еще находится в стадии эксперимента?
Каким образом инновации в науке и технике могут создать рабочую среду в космосе, которая будет подвергать астронавтов меньшему воздействию космического излучения?

Магнитный пузырь может защитить астронавтов от опасной космической радиации

Люди давно мечтают ступить на Марс или за его пределы, и достижения таких компаний, как SpaceX и Blue Origin, означают, что, возможно, мечта может стать реальностью как никогда раньше. Но в нынешнем виде отправка астронавтов в длительные миссии в другие миры была бы невозможна из-за опасного уровня радиации в космосе за пределами защитного магнитного поля Земли.

Тем не менее, новая концепция вселяет надежду на горизонт, и исследователи, стоящие за ней, получили финансирование от программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) для создания прототипа. В предложении, получившем название CREW HaT, используются последние достижения в области технологии сверхпроводящих магнитов для эффективной защиты космического корабля и находящихся внутри космонавтов от вредного космического излучения.

«Мы пришли к новой идее о том, как защитить космические корабли от космического излучения и энергетической солнечной радиации», — сказала д-р Елена Д’Онгиа, доцент кафедры астрономии Университета Висконсон-Мэдисон и главный исследователь. для ЭКИПАЖА. «Мы используем новую технологию сверхпроводящих лент, развертываемую конструкцию и новую конфигурацию магнитного поля, которая ранее не исследовалась».

В случае успеха проект магнитного экранирования может быть добавлен к запланированной НАСА станции Lunar Gateway. Изображение предоставлено доктором Д’Онгиа.

HaT означает тор Хальбаха, представляющий собой круговой массив магнитов, который создает более сильное поле с одной стороны и уменьшает поле с другой стороны. Д’Онгиа и его сотрудник Паоло Дезиати из Висконсинского центра астрофизики частиц Icecube (WIPAC) разработали конструкцию легких, развертываемых, механически поддерживаемых магнитных катушек, активируемых новым поколением высокотемпературных сверхпроводящих лент, которые стали доступны только недавно. .

«Эта конфигурация создает усиленное внешнее магнитное поле, которое отклоняет частицы космического излучения, дополненное подавленным магнитным полем в среде обитания астронавта», — написала команда в своем резюме NIAC.

«Геометрия, которую мы предлагаем, создает магнитное поле снаружи космического корабля, но не внутри, поэтому астронавты не подвергаются воздействию», — сказал Д’Онгиа Universe Today. «В предыдущих предложениях магнитное поле было довольно близко к космическому кораблю, и это могло вызвать проблемы, потому что магнитные поля могут генерировать потоки вторичных частиц, таких как нейтроны, которые могут быть вредны для астронавтов. Наша концепция предполагает открытое магнитное поле, простирающееся в космос».

Визуализация магнитных полей и траекторий отклоняющихся частиц. Изображение предоставлено доктором Еленой Д’Онгиа.

Д’Онгиа сказал, что их новая конфигурация создает усиленное внешнее магнитное поле, которое отклоняет частицы космического излучения, дополненное подавленным магнитным полем в среде обитания астронавта. Команда считает, что их конструкция может отклонять более 50% вредных для биологии космических лучей (протонов с энергией ниже 1 ГэВ) и ионов с более высокими энергиями с высоким Z. Этой скорости было бы достаточно для снижения дозы облучения, поглощаемой астронавтами, до уровня, который составляет менее 5% от уровня избыточного риска смертности от рака в течение жизни, установленного НАСА.

Есть два типа излучения, которые создают проблемы для длительных космических полетов человека. Одним из них являются солнечные энергетические протоны, которые появляются в виде всплесков после солнечной вспышки. Второй — галактические космические лучи, которые, хотя и не такие смертоносные, как солнечные вспышки, будут постоянным фоновым излучением, которому будет подвергаться экипаж. В неэкранированном космическом корабле оба типа излучения могут привести к серьезным проблемам со здоровьем или смерти экипажа.

Смотрите интервью с доктором Еленой Д’Онгиа и Фрейзером Каином.

На Земле магнитное поле нашей планеты отклоняет космические лучи, а дополнительную меру защиты обеспечивает наша атмосфера, которая поглощает любое космическое излучение, проникающее через магнитное поле. Идея магнитного экранирования космических кораблей заключалась бы в том, чтобы космический корабль нес магнитное поле, эквивалентное земному. Но разработка таких щитов, которые действительно работают и не являются непомерно тяжелыми, была сложной задачей.

Проблема радиации в космосе давно известна, и Д’Онгиа сказал, что было много-много идей и предложений по созданию щитов для космических кораблей, начиная с конца 19 века.60-х и начала 70-х годов. Но до сих пор ничего не было осуществимо или рентабельно.

Universe Today писал о нескольких предыдущих идеях экранирования, в том числе об одной, которая также получила финансирование NIAC еще в 2004 году. Инициатором этой концепции был бывший астронавт Джеффри Хоффман, однако в конечном итоге эта концепция не оправдалась, и Хоффман сказал мне в 2006 году. что, несмотря на их теоретические расчеты, они не смогли придумать убедительный дизайн.

Но это не значит, что работа команды Хоффмана не имела значения.

«Концепция Хоффмана пользуется популярностью уже несколько лет и, несомненно, вызывает интерес и вдохновение», — написал Д’Онгиа по электронной почте. «Например, мы все согласны с тем, что активное экранирование (например, искусственное магнитное поле) должно сочетаться с пассивным экранированием (материал, который может поглощать излучение), чтобы быть более эффективным. Меняющееся мнение за последние десять лет заключается в том, что нам, вероятно, нужна другая конфигурация магнитного поля по сравнению с тем, что было предложено ранее».

Когда команда Хоффмана просчитывала свою концепцию, сверхпроводники были большими, громоздкими, и их было трудно построить в космосе.

«За последние несколько лет появились сверхпроводники нового поколения (такие как ReBCO, который мы планируем использовать) с высокой критической температурой, — сказал Д’Онгиа. «Эти сверхпроводники очень легкие (похожи на ленту) и менее дорогие, и могут стать настоящим прорывом в этом проекте».

Предыдущие конструкции, включавшие магнитные катушки, весили до 300 тонн каждая катушка. Д’Онгиа сказал, что их команда планирует использовать восемь катушек, и им удалось снизить вес своих катушек до 3 тонн каждая. Но они все еще работают над оптимизацией своей конструкции, что им позволит сделать грант от NIAC.

«Нам все еще нужно уменьшить вес и поработать над использованием новых материалов», — сказал Д’Онгиа. «Это большая проблема, и мы планируем продолжать усердно работать, чтобы понять это».

Вы можете прочитать предложение команды NIAC здесь.
Вы можете прочитать больше о работе доктора Д’Онгиа в Mad Astrophysics

Подпись к изображению: Художественное исполнение концепции CREW-HAT для создания магнитного экрана для космического корабля. Предоставлено: Елена Д’Онгиа.

Так:

Нравится Загрузка…

Решение проблемы радиации – Physics World

Если астронавтам предстоит отправиться дальше в космос с более длительными миссиями, важно понять вредное воздействие космической радиации на сердечно-сосудистую систему и разработать меры противодействия заболеваниям, вызванным космической радиацией. (С разрешения: ©ESA/NASA)

Группа ученых из США и Нидерландов опубликовала обзорный документ, в котором освещаются способы защиты астронавтов от негативных последствий для здоровья сердечно-сосудистой системы, связанных с воздействием космической радиации во время дальних космических путешествий.

Воздействие на сердечно-сосудистую систему

Космическое излучение в настоящее время считается наиболее ограничивающим фактором для дальних космических путешествий, поскольку его воздействие связано со значительным негативным воздействием на организм человека. Однако данные об этих эффектах в настоящее время доступны только для тех участников программы «Аполлон», которые долетели до Луны — слишком мало, чтобы делать какие-либо существенные выводы о влиянии космической среды на организм человека. Кроме того, хотя воздействие космической радиации, включая галактические космические лучи и солнечные «протонные бури», ранее связывали с развитием рака и неврологическими проблемами, данные о последствиях воздействия космической радиации на сердечно-сосудистую систему отсутствуют.

Чтобы устранить эти ограничения, исследователи из Медицинского центра Университета (UMC) Утрехта, Медицинского центра Лейденского университета, Университета Радбуда и Технического университета Эйндховена в Нидерландах, а также Школы медицины Стэнфордского университета и Университета Райса в США провели исчерпывающий обзор существующих данных, чтобы установить, что мы знаем о сердечно-сосудистых рисках космической радиации. Они представляют свои выводы в журнале Frontiers in Cardiovas Medicine 9.0256 .

Манон Меерман.

Как объясняет первый автор Манон Меерман, аспирант UMC в Утрехте, большая часть текущих знаний получена из исследований людей, получивших лучевую терапию по поводу рака, у которых сердечно-сосудистые заболевания являются частым побочным эффектом, или из исследований на животных и клеточных культурах. которые демонстрируют основные негативные последствия воздействия космической радиации на сердечно-сосудистую систему. Такие эффекты включают фиброз или уплотнение миокарда и ускоренное развитие атеросклероза, основной причины инфаркта миокарда и головного мозга.

«Можно утверждать, что если НАСА, ЕКА и другие космические агентства захотят расширить космические путешествия, как с точки зрения местоположения — например, на Марс, — так и времени, астронавты будут подвергаться воздействию конкретной космической среды в течение более длительных периодов времени. . Однако в настоящее время мы не знаем, каковы последствия воздействия этих космических факторов», — говорит Меерман.

«В настоящее время НАСА рассматривает космическую радиацию как наиболее ограничивающий фактор для дальних космических путешествий, но точные краткосрочные и долгосрочные эффекты еще полностью не изучены. Поэтому мы подвергаем астронавтов крайне неопределенным рискам. Однако за последние несколько лет объем исследований воздействия космической радиации увеличился, и мы постоянно получаем больше знаний по этой теме», — добавляет она.

Вызванные космической радиацией изменения, наблюдаемые в сердечно-сосудистой системе животных моделей, включают дисфункцию эндотелия в стенке аорты. В миокарде воздействие космической радиации увеличивает клеточный апоптоз, окислительный стресс и воспаление, а также снижает уровень метилирования ДНК. (Courtesy: CC BY 4.0/ Front. Cardiovasc. Med. 10.3389/fcvm.2021.631985)

Усовершенствованные модели

По словам Меермана, еще одним важным фактором в этом обсуждении является тот факт, что в настоящее время мы не можем адекватно защитить астронавтов от космоса. излучение. Защита с помощью радиационно-стойких материалов очень сложна, поскольку уровни облучения намного выше, чем на Земле, а тип излучения гораздо более проникающий. Фармакологические методы защиты сердечно-сосудистой системы затруднены тем, что до сих пор не апробированы эффективные радиозащитные соединения.

«Самый важный вывод заключается в том, что мы на самом деле недостаточно знаем о точных рисках, которые представляют для человеческого организма дальние космические путешествия. Поэтому, по нашему мнению, мы должны продолжать искать новые способы защиты астронавтов от вредной космической среды, прежде чем расширять полеты людей в космос», — говорит Меерман.

Двигаясь вперед, Мирман подчеркивает, что исследования воздействия космической радиации должны включать передовые модели, обеспечивающие более точное представление о воздействии космической радиации на сердечно-сосудистую систему, например модели, основанные на созданных в лаборатории сердечной ткани и органе человека.