Pitanje:
Koji materijali pružaju najbolju zaštitu od kozmičkog zračenja?
Gwen
2013-07-18 21:17:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Za misije s dalekom posadom, poput misije na Mars, neizbježno ćemo morati zaštititi astronaute od svemirskog zračenja, posebno u slučaju sunčeve baklje ili SEP-a. Koji materijali pružaju najbolju zaštitu od vrsta visokoenergijskog kozmičkog zračenja kojima bi astronauti bili izloženi na tim putovanjima?

Prema mojem razumijevanju, Mars nema željeznu jezgru, a time ni magnetski štit, pa bi dolazak bio samo dio problema .. Čini se da je održivo stanovanje nemoguće.
@Rick Zaštita od zračenja nije nerješiv problem. Možda razmišljate o teraformiranju? Ako je tako, i tu postoje potencijalna rješenja, ali sigurno iznad naših trenutnih mogućnosti.
Pet odgovori:
#1
+20
Robert Mason
2013-07-18 21:34:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

O tome postoji prilično dobra stranica Wikipedije koja sadrži nekoliko mogućnosti:

  • Voda čini prilično dobru zaštitu od zračenja (o kojoj se raspravlja i sa zračenjem s kopna) ovdje), ali je relativno težak i troši se tijekom leta.
  • Tekući vodik je također dobar i koristi se kao gorivo, pa će već biti na brodu. Međutim, i ovo se troši tijekom leta.
  • Mogli bismo promijeniti materijale od kojih su napravljene svemirske letjelice. Budući da materijali bogati vodikom dobro rade kako bi zaštitili najčešće vrste kozmičkog zračenja, neke bi plastike mogle raditi. Međutim, ovo bi zahtijevalo određeni reinženjering kako bi bilo praktično.
  • Kao što je rekao JKor, ljudski otpad dobro funkcionira, ali ima problema s "grubošću". Međutim, ovo je jedinstveno po tome što se povećava, a ne smanjuje kako let prolazi, pa bi moglo nadopuniti tekući vodik i vodu.

Jedan od najvećih problema s dodatnim zaštitom je taj što obično je težak, a veća težina == veći trošak.

Na stranici Wikipedia spominje se aktivno magnetsko oklopljenje, ali to je u ovom trenutku uglavnom teoretska ideja.

Zaštita je važna za i bespilotne misije (iako ne toliko), jer zračenje može utjecati na računalne sustave ometajući magnetsku pohranu - pogledajte ovaj članak National Geographica i ovo NASA-ino priopćenje za tisak slučaj takvog događaja koji se dogodio na Voyageru 2.

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

Što se tiče potencijalnih putovanja u našem vlastitom Sunčevom sustavu, dvije su nas općenite vrste zračenja koje brinu!

Prva vrsta zračenja je sunčevo zračenje, koje se uglavnom sastoji od niskog do srednjeg energetski protoni, elektroni i x-zrake naše vlastite zvijezde. Zaštitili bismo se od protona materijalima s niskomolekularnom masom. Za to se obično koriste materijali koji sadrže vodik, poput litij-hidrida, zbog toga koliko su učinkoviti u zaustavljanju protona, kao i neutrona koji mogu doći iz budućih reaktora i zbog toga što su lagani. Elektrone i fotone (x-zrake) najbolje je zaustaviti visoko-Z materijalima. Materijali s visokim Z sastoje se od elemenata koji imaju mnogo elektrona po atomu. Iako se visoko-Z materijali koriste za zaustavljanje elektrona i fotona, oni su također korisni u zaustavljanju ostalih nabijenih čestica da bi pomogli protonima.

Druga vrsta zračenja su Galaktičke kozmičke zrake (GCR). GCR su obično vrlo visokoenergetske masivne čestice poput atoma ugljika i željeza. Zbog njihove energetske prirode i koliko su ove čestice masivne, vrlo ih je teško zaustaviti. Za zaustavljanje GCR-a potrebni su debeli slojevi visoko-Z materijala, koji su obično gusti i teški. Teška zaštita je skupa i teško ju je dobiti u svemir. Neću ići toliko daleko da kažem da se ne možemo zaštititi od GCR-a, ali reći ću da težina suvremenih zaštitnih materijala čini da trenutni pristupi GCR-zaštiti nisu praktični.

Naša zvijezda je zvijezda tipa G glavne sekvence koja u svojoj jezgri stvara helij fuzijom protona i protona. Zbog dinamike fuzije u našoj zvijezdi, ionizirani nulijevi helij primarni su proizvod te fuzije. Međutim, dio helija dobivenog fuzijom protona i protona sam je stopljen, što stvara ugljik. Kako zvijezde postaju masivnije, počinju stapati teže elemente koji se mogu izbaciti u svemir. Željezo-56 je najteži element koji se može proizvesti od tradicionalnih zvijezda, a najteže elemente proizvode puno energičniji događaji poput supernove.

Energija proizvedena fuzijom ovih izotopa ionizira plinove blizu ruba naše zvijezde, stvarajući obilne količine protona i elektrona, koji se bacaju u svemir tijekom izbacivanja koronalne mase. Numerički gledano, većina zračenja naše zvijezde, kao i ostalih zvijezda, nalazi se u obliku protona, elektrona i fotona, s manjim količinama teških nuklida. Statistički gledano, što su nuklidi teži, to su rjeđi da ih se struji u svemiru. Iako uglavnom govorim o našoj zvijezdi, isto vrijedi i za ostale zvijezde, bez obzira na njihovu masu.

Druge zvijezde doista proizvode protone, elektrone i fotone koji ulaze u našu sunčevu sferu utjecaja; međutim, ove druge zvijezde izbacuju zračenje u svim smjerovima, a samo vrlo mali dio njih izbacuje se u uskom kutnom konusu kako bi dospio u naš Sunčev sustav. Velik dio nabijenog zračenja drugih zvijezda također se odbija od sunčevog magnetskog polja. Kao rezultat toga, velika većina protona i elektrona u našem Sunčevom sustavu izbačena je iz naše zvijezde, a ne druge zvijezde, a one koje to nisu, uglavnom su iste energije kao protoni i elektroni izbačeni iz naše vlastite zvijezde. Zbog toga u osnovi zanemarujemo nesunčeve protone i elektrone u našim proračunima izloženosti zračenju, jer su zanemarivi u svom utjecaju na apsorbiranu dozu.

Međutim, teški elementi izbačeni iz super-energetskih događaja poput supernove putujući pri brzinama svjetlosti i kao rezultat toga, imaju dubok utjecaj na biološko tkivo i elektroniku s kojima se susreću. Iako čine vrlo mali udio ukupnog broja čestica u jedinici volumena u prostoru, učinci koje mogu imati na apsorbiranu dozu nisu zanemarivi. Stoga, kada govorimo o galaktičkim kozmičkim zrakama, općenito govorimo o energetskim teškim ionima izvan-solarnih energetskih događaja, a ne o protonima i elektronima iz normalnih, svakodnevnih ekstrasolarnih izvora.

Ovo je dobar odgovor, ali GCR-ovi su i dalje uglavnom protoni i alfa čestice. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_ray#Types
Nisam siguran da se slažem u praktičnom smislu. Alfa čestice smatraju se teškim česticama, pa mislim da je to u kontekstu definicije koju sam dao. Udio izvan-solarnih protona u našem vlastitom Sunčevom sustavu zanemariv je u usporedbi sa solarnim protonima, do te mjere da je ispod pozadinskog MDA, ovisno o solarnoj Uvjeti. Međutim, učinak hemijskih, ugljikovih i željeznih CGR-a vrlo je primjetan u izračunima doza i u odnosu na pozadinsku razinu.
Članak na Wikipediji na koji sam se pozvao daje mi drugačije razumijevanje. Je li točno kada se kaže da je 99% GCR-a protoni i jezgre He? Ako je tako, ne razumijem kako bi (čak i) teže čestice mogle biti važnije. Već sam prije bezuspješno tražio bolja objašnjenja na mreži. Vaš bi unos možda mogao biti vrijedan i u ovom odjeljku: http://space.stackexchange.com/a/8666/4660
Proširit ću svoj post kako bih najbolje odgovorio na ovo bez naleta na ograničenja prostora znakova.
Ukratko, ovo je definicija znanosti i inženjerstva. Protoni i elektroni najobilniji su proizvod svih zvijezda, a slijede ioni niže mase. Međutim, ako biste mogli zbrojiti sve čestice u našem sustavu, većina (> 99%) potječe od naše zvijezde, pa zanemarujemo dodatne solarne čestice u kalcima. Međutim, super teški ioni iz super-nove ne mogu se zanemariti, tako da obično spremamo definiciju GCR da bismo opisali te čestice, a ne protone i elektrone iz tradicionalnih sunčevih emisija.
Prošireni odgovor je od velike pomoći - ali postavio sam novo pitanje jer se i dalje pitam o razlici koju čine mnogo viši energetski protoni kozmičkih zraka u odnosu na one koji dolaze sa sunca, čini mi se da oni moraju biti značajni unatoč tome što su vrlo mali dio protona vani. Možda ne za elektroniku, već za ljude? Može li to biti faktor u načinu na koji se trenutno rade izračuni?
Pošaljite mi vezu na vaše novo pitanje, nisam ga mogao pronaći.
O, izvinite - http://space.stackexchange.com/q/9331/4660
Hej, ima li komentara / veza o gustoći, debljini i učinkovitosti?
#3
+7
JKor
2013-07-18 21:22:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jedan od mogućih materijala koji je spomenut u časopisu Scientific American je fekalna materija. Ugljikovodici u njemu mogu sigurno apsorbirati zračenje.
Međutim, većina javnosti odbila bi tu mogućnost zbog faktora grubosti (baš poput recikliranja vode pročišćavanjem i dezinfekcijom mokraće).

Ako to funkcionira, ne bi li i obični ugljikovodici trebali učiniti trik, umjesto da moraju poticati iz fekalnih tvari?
Izvodljivije je koristiti fekalne tvari jer tada ne morate dovoditi više mase za ugljikovodike. Ideja spomenuta u Scientific Americanu bila je "izađite obloženi hranom, vratite se podstavljeni fekalnim materijama".
Čini se da je šira javnost u redu s ISS-ovim ljudima koji piju reciklirani znoj i urin (ne mogu iskopati gdje sam to pročitao :-( Članak u kojem se spominje javnost nije bio zainteresiran za postignuća ISS-a i uglavnom ga je ignorirao).
U vozilu će biti fekalija bez obzira koristi li se za zaštitu ili ne. Mora se nekako čuvati. Zašto ne u praznim prostorima u zidovima? Jednako za pitku i 'sivu' vodu. I dalje bi bilo potrebe za drugim oklopom, ali barem ovo štedi unutarnji volumen svemirske letjelice - a možda i masovne zasebne spremnike. Može biti.
#4
+3
Undo
2013-07-18 21:26:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Govori se da bi moglo biti moguće upotrijebiti magnete kao štit od kozmičkog zračenja:

Astronaute koji putuju na Međunarodnu svemirsku postaju Zemljina atmosfera štiti od većine tog zračenja kao kao i svojom "magnetosferom", magnetiziranim mjehurićem plazme koji okružuje Zemlju stvorenim njezinim magnetskim poljem. Međutim, ljudi na dužim letovima neće imati ovaj prirodni štit i stoga su u većem riziku.

...

ubrizgavanjem nadzvučne plazme u vakuumsku posudu dugu 1,5 m obloženu magnetskim zavojnice, s ciljanim magnetom postavljenim na krajnjem kraju posude. Koristeći i optičku sliku i elektromagnetsku sondu, Bamfordov tim pokazao je da je ciljni magnet skrenuo plazmu tako da je volumen prostora koji okružuje magnet bio gotovo u potpunosti bez čestica plazme.

- physicsworld. com

Slika koja pokazuje kako se magnetsko polje Zemlje brine za ovo:

enter image description here

Uredno!

To zvuči sjajno! Ali ne bi li to bilo previše energetski intenzivno da bi bilo praktično za dugotrajnu misiju?
@Gwenn Pa, vjerojatno bi nam uopće trebao kakav ludo snažan motor, zar ne? Također, morate uzeti u obzir energetske implikacije lansiranja svemirske letjelice presvučene olovom.
@Undo jeste li svjesni nečeg novijeg što biste mogli [dodati ovdje] (http://space.stackexchange.com/q/20596/12102)?
@uhoh Nisam, žao mi je!
@Undo OK, dobrodošli ste dodati ove podatke tamo * kao dopunski odgovor *. Tražim nešto nedavno, ali ovo je zanimljiva pozadina. Samo misao.
#5
  0
Muze
2018-04-04 20:13:17 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Znam da ovo nije dobar odgovor kao većina ovdje. Rekao bih da bi se oko broda mogao napuhati zrak i elektrificirati plin kako bi se stvorila elektromagnetska zaštita. Ova je metoda lagana.

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

Što je elektrificirani plin? Mislite li na ioniziranu? Van Allenovi pojasevi Zemlje rade s magnetskim poljem Zemlje, ali su izvan njezine atmosfere.
-1


Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...