Le rayonnement cosmique peut mettre un terme aux futurs vols spatiaux. Sur le rayonnement comme principal "obstacle" à l'exploration spatiale

Près de la Terre, son champ magnétique continue de protéger - même s'il est affaibli et sans l'aide de plusieurs kilomètres d'atmosphère. Volant dans la région des pôles, où le champ est petit, les astronautes sont assis dans une pièce spécialement protégée. Et pour la radioprotection lors d'un vol vers Mars, il n'existe toujours pas de solution technique satisfaisante.

A décidé d'ajouter à la réponse originale pour deux raisons:

1. à un endroit, il contient une déclaration incorrecte et n'en contient pas une correcte
2. juste pour être complet (citations)

1. Dans les commentaires, Susanna a critiqué La réponse est largement correcte.

Le champ s'affaiblit sur les pôles magnétiques de la Terre comme je l'ai dit. Oui, Susanna a raison de dire qu'il est particulièrement grand AU PÔLE (imaginez les lignes de force : elles se rassemblent exactement aux pôles). Mais à haute altitude AU-DESSUS DU PÔLE, il est plus faible qu'ailleurs - pour la même raison (imaginez les mêmes lignes de force : elles sont descendues - jusqu'aux pôles, et au sommet elles avaient presque disparu). Le champ semble s'enfoncer.

Mais Susanna a raison les cosmonautes du ministère des Situations d'urgence ne se réfugient pas dans une salle spéciale en raison des régions polaires R : Ma mémoire m'a fait défaut.

Mais reste il y a un endroit sur lequel des mesures spéciales sont prises(Je l'ai confondu avec les régions polaires). Ce - sur l'anomalie magnétique dans l'Atlantique Sud. Là, le champ magnétique "s'affaisse" tellement que la ceinture de rayonnement et prendre des mesures spéciales sans aucune éruption solaire. Je n'ai pas pu trouver rapidement une citation sur les mesures spéciales non liées à l'activité solaire, mais j'ai lu quelque part à leur sujet.

Et, bien sûr, il convient de mentionner les épidémies elles-mêmes: ils se cachent également d'eux dans la pièce la plus protégée, et ne se promènent pas à ce moment dans toute la station.

Toutes les éruptions solaires sont soigneusement surveillées et les informations les concernant sont envoyées au centre de contrôle. Pendant ces périodes, les astronautes cessent de travailler et se réfugient dans les compartiments les plus protégés de la station. Ces segments protégés sont les compartiments de l'ISS à côté des réservoirs d'eau. L'eau retarde les particules secondaires - les neutrons, et la dose de rayonnement est absorbée plus efficacement.

2. Juste des citations et des informations supplémentaires

Certaines citations ci-dessous mentionnent la dose en Sieverts (Sv). A titre indicatif, quelques chiffres et effets probables du tableau en

0-0.25 Son Aucun effet sauf pour des changements sanguins modérés

0.25-1 Son Maladies radiologiques de 5 à 10 % des personnes exposées

7 Sv ~100% décès

La dose quotidienne sur l'ISS est d'environ 1 mSv (voir ci-dessous). Moyens, vous pouvez voler sans trop de risques pendant environ 200 jours. Il est également important de savoir combien de temps la même dose est prise : celle prise en peu de temps est beaucoup plus dangereuse que celle prise sur une longue période. Le corps n'est pas un objet passif "accumulant" simplement des défauts de rayonnement: il possède également des mécanismes de "réparation", et ils font généralement face à de petites doses progressivement croissantes.

En l'absence de la couche atmosphérique massive qui entoure les humains sur Terre, les astronautes de l'ISS sont exposés à un rayonnement plus intense provenant de flux constants de rayons cosmiques. Le jour, les membres d'équipage reçoivent une dose de rayonnement d'environ 1 millisievert, ce qui équivaut approximativement à l'exposition d'une personne sur Terre pendant un an. Cela entraîne un risque accru de développer des tumeurs malignes chez les astronautes, ainsi qu'un affaiblissement du système immunitaire.

Selon les données recueillies par la NASA et des experts russes et autrichiens, les astronautes de l'ISS reçoivent une dose quotidienne de 1 millisievert. Sur Terre, une telle dose de rayonnement ne peut pas être obtenue partout même pendant une année entière.

Ce niveau reste cependant relativement tolérable. Cependant, il faut garder à l'esprit que les stations spatiales proches de la Terre sont protégées champ magnétique Terre.

Au-delà de ses limites, le rayonnement augmentera plusieurs fois, par conséquent, les expéditions dans l'espace lointain seront impossibles.

Les radiations dans les bâtiments résidentiels et les laboratoires de l'ISS et de Mir étaient dues au bombardement de la peau en aluminium de la station avec des rayons cosmiques. Les ions rapides et lourds ont éliminé une bonne quantité de neutrons de la peau.

À l'heure actuelle, il est impossible de fournir une protection à cent pour cent contre les radiations sur les engins spatiaux. Plus précisément, c'est possible, mais en raison d'une augmentation de masse plus que significative, mais c'est tout simplement inacceptable

En plus de notre atmosphère, le champ magnétique terrestre est une protection contre les radiations. La première ceinture de rayonnement de la Terre est située à une altitude d'environ 600 à 700 km. La station vole maintenant à une altitude d'environ 400 km, ce qui est nettement inférieur ... La protection contre les radiations dans l'espace est (également - ndlr.) La coque d'un navire ou d'une station. Plus les parois du boîtier sont épaisses, plus la protection est grande. Bien sûr, les murs ne peuvent pas être infiniment épais, car il existe des restrictions de poids.

Niveau ionisant, niveau de fond de rayonnement au niveau international station spatiale plus élevé que sur Terre (environ 200 fois - éd.), ce qui rend l'astronaute plus sensible aux rayonnements ionisants que les représentants des industries traditionnellement dangereuses pour les rayonnements, telles que Pouvoir nucléaire et diagnostic par rayons X.

En plus des dosimètres individuels pour les astronautes, la station dispose également d'un système de surveillance des radiations. ... Un capteur chacun est situé dans les cabines de l'équipage et un capteur chacun dans le compartiment de travail de petit et grand diamètre. Le système fonctionne de manière autonome 24 heures sur 24. ... Ainsi, la Terre dispose d'informations sur la situation actuelle du rayonnement à la station. Le système de surveillance des rayonnements est capable d'émettre un signal d'avertissement "Vérifiez le rayonnement!". Si cela se produisait, nous verrions alors le feu d'une bannière accompagnée d'un signal sonore sur le panneau d'alarme des systèmes. Tout au long de l'existence du cosmique gare internationale il n'y a pas eu de tels cas.

Dans... la zone de l'Atlantique Sud... les ceintures de radiation "s'affaissent" au-dessus de la Terre en raison de l'existence d'une anomalie magnétique profondément sous la Terre. Les vaisseaux spatiaux survolant la Terre, pour ainsi dire, "rayent" les ceintures de rayonnement pendant une très courte période ... sur des virages traversant la région de l'anomalie. Sur les autres virages, il n'y a pas de flux de rayonnement et ne créent pas de problèmes pour les participants aux expéditions spatiales.

L'anomalie magnétique dans l'Atlantique Sud n'est pas le seul "malheur" radiatif pour les astronautes. Les éruptions solaires, générant parfois des particules très énergétiques... peuvent créer de grandes difficultés pour les vols des astronautes. La dose de rayonnement pouvant être reçue par un astronaute en cas d'arrivée de particules solaires sur Terre est en grande partie une question de chance. Cette valeur est principalement déterminée par deux facteurs : le degré de distorsion du champ magnétique dipolaire terrestre lors d'orages magnétiques et les paramètres de l'orbite de l'engin spatial lors d'un événement solaire. ... L'équipage peut avoir de la chance si les orbites au moment de l'invasion du SCR ne passent pas par des zones dangereuses à haute latitude.

L'une des éruptions de protons les plus puissantes - une tempête de rayonnement d'éruptions solaires qui a provoqué une tempête de rayonnement près de la Terre, s'est produite assez récemment - le 20 janvier 2005. Une éruption solaire d'une puissance similaire s'est produite il y a 16 ans, en octobre 1989. De nombreux protons avec des énergies dépassant des centaines de MeV ont atteint la magnétosphère terrestre. Soit dit en passant, de tels protons sont capables de surmonter la protection d'une épaisseur équivalente à environ 11 centimètres d'eau. La combinaison de l'astronaute est plus fine. Les biologistes pensent que si à ce moment-là les astronautes se trouvaient à l'extérieur de la Station spatiale internationale, alors, bien sûr, les effets des radiations auraient affecté la santé des astronautes. Mais ils étaient en elle. La protection de l'ISS est suffisamment importante pour protéger l'équipage des effets néfastes des radiations dans de nombreux cas. C'était donc lors de cet événement. Comme l'ont montré des mesures à l'aide de dosimètres de rayonnement, la dose de rayonnement "captée" par les astronautes ne dépassait pas la dose qu'une personne reçoit lors d'un examen radiographique conventionnel. Les cosmonautes de l'ISS ont reçu 0,01 Gy ou ~ 0,01 Sievert... Certes, ces faibles doses sont également dues au fait que, comme il a été écrit plus tôt, la station était sur des orbites «protégées magnétiquement», ce qui n'arrive pas toujours.

Neil Armstrong (le premier astronaute à marcher sur la lune) a rapporté à la Terre ses sensations inhabituelles pendant le vol : il a parfois observé des éclairs lumineux dans ses yeux. Parfois, leur fréquence atteignait une centaine par jour ... Les scientifiques ... sont arrivés à la conclusion que ... les rayons cosmiques galactiques en étaient responsables. Ce sont ces particules à haute énergie qui pénètrent dans globe oculaire, provoquent une lueur Cherenkov lors de l'interaction avec la substance qui compose l'œil. En conséquence, l'astronaute voit un flash lumineux. L'interaction la plus efficace avec la matière n'est pas les protons, qui sont les plus importants dans la composition des rayons cosmiques de toutes les autres particules, mais les particules lourdes - carbone, oxygène, fer. Ces particules, ayant grande masse, perdent beaucoup plus d'énergie par unité de distance parcourue que leurs homologues plus légers. Ce sont eux qui sont responsables de la génération de la lueur Cherenkov et de l'excitation de la rétine - la membrane sensible de l'œil.

Au cours des vols spatiaux à longue distance, le rôle des rayons cosmiques galactiques et solaires en tant que facteurs de rayonnement dangereux augmente. On estime que lors d'un vol vers Mars, ce sont les GCR qui deviennent le principal danger de rayonnement. Le vol vers Mars dure environ 6 mois et la dose de rayonnement intégrale - totale - du GCR et du SCR pendant cette période est plusieurs fois supérieure à la dose de rayonnement à l'ISS pendant la même période. Par conséquent, le risque de conséquences radiologiques associé à la mise en œuvre de missions spatiales augmente sensiblement. Ainsi, pour une année de vol vers Mars, la dose absorbée associée au GCR sera de 0,2-0,3 Sv (sans blindage). Elle peut être comparée à la dose de l'une des éruptions les plus puissantes du siècle dernier - août 1972. Lors de cet événement, elle était plusieurs fois inférieure : ~0,05 Sv.

Le risque d'irradiation créé par le GCR peut être évalué et prédit. Une richesse de matériel a maintenant été accumulée sur les variations temporelles du GCR associées au cycle solaire. Cela a permis de créer un modèle sur la base duquel il est possible de prédire le flux GCR pour une période de temps donnée.

Les choses sont beaucoup plus compliquées avec le SCL. Les éruptions solaires se produisent de manière aléatoire, et il n'est même pas évident que des événements solaires puissants se produisent les années qui sont nécessairement proches de l'activité maximale. Au moins l'expérience ces dernières années montre qu'ils se produisent également au moment de la disparition du luminaire.

Les protons des éruptions solaires transportent menace réelleéquipages spatiaux sur des missions à longue portée. En reprenant l'exemple de l'éruption d'août 1972, on peut montrer, en recalculant les flux de protons solaires en une dose de rayonnement, que 10 heures après le début de l'événement, celle-ci dépassait la valeur létale pour l'équipage de l'engin spatial s'il étaient à l'extérieur du navire sur Mars ou, disons, sur la lune.

Il convient ici de rappeler les vols de l'"Apollo" américain vers la Lune à la fin des années 60 - début des années 70. En 1972, en août, il y a eu une éruption solaire de la même puissance qu'en octobre 1989. Apollo 16 a atterri après son voyage lunaire en avril 1972, et le suivant, Apollo 17, a été lancé en décembre. L'équipage d'Apollo 16 a-t-il eu de la chance ? Oui, certainement. Les calculs montrent que si les astronautes d'Apollo étaient sur la Lune en août 1972, ils auraient été exposés à une dose de rayonnement d'environ 4 Sv. C'est beaucoup à sauver. À moins que… à moins qu'il ne soit rapidement renvoyé sur Terre pour un traitement d'urgence. Une autre option consiste à se rendre dans le cockpit du module lunaire Apollo. Ici, la dose de rayonnement diminuerait de 10 fois. A titre de comparaison, disons que la protection de l'ISS est 3 fois plus épaisse que celle du module lunaire Apollo.

Aux altitudes des stations orbitales (~400 km), les doses de rayonnement dépassent de ~200 fois les valeurs observées à la surface de la Terre ! Principalement à cause des particules des ceintures de rayonnement.

On sait que certaines routes d'avions intercontinentaux passent près de la région polaire nord. Cette zone est la moins protégée de l'intrusion de particules énergétiques, et donc, lors des éruptions solaires, le risque d'exposition aux rayonnements pour l'équipage et les passagers augmente. Les éruptions solaires augmentent les doses de rayonnement aux altitudes de vol des avions de 20 à 30 fois.

Récemment, les équipages de certaines compagnies aériennes ont été informés du début de l'apparition de l'invasion des particules solaires. Une puissante éruption solaire récente, en novembre 2003, a fait dévier l'équipage Delta d'un vol Chicago-Hong Kong de la trajectoire : prendre une route de latitude inférieure vers leur destination.

Terre de rayonnement cosmique protéger l'atmosphère et le champ magnétique. En orbite, le fond de rayonnement est des centaines de fois plus important qu'à la surface de la Terre. Chaque jour, un astronaute reçoit une dose de rayonnement de 0,3 à 0,8 millisievert, soit environ cinq fois plus qu'avec une radiographie pulmonaire. Lorsque vous travaillez dans un espace ouvert, l'impact du rayonnement est même supérieur d'un ordre de grandeur. Et dans les moments de puissantes éruptions solaires, vous pouvez saisir une norme de 50 jours en une journée à la station. Dieu interdit de travailler par-dessus bord à un tel moment - pour une sortie, vous pouvez choisir la dose admissible pour l'ensemble de votre carrière, qui est de 1000 millisieverts. Dans des conditions normales, cela aurait suffi pour quatre ans - personne n'a encore autant volé. De plus, les dommages à la santé d'une telle exposition unique seront beaucoup plus importants que ceux d'une exposition prolongée pendant des années.

Pourtant, les orbites terrestres basses sont encore relativement sûres. Le champ magnétique terrestre capte les particules chargées du vent solaire, formant des ceintures de rayonnement. Ils ont la forme d'un large beignet qui entoure la Terre à l'équateur à une altitude de 1 000 à 50 000 kilomètres. La densité maximale de particules est atteinte à des altitudes d'environ 4 000 et 16 000 kilomètres. Tout retard prolongé du navire dans les ceintures de radiation constitue une grave menace pour la vie de l'équipage. En les croisant en route vers la Lune, les astronautes américains risquaient de recevoir une dose de 10-20 millisieverts en quelques heures - comme en un mois de travail en orbite.

Dans les vols interplanétaires, la question de la radioprotection des équipages est encore plus aiguë. La Terre protège la moitié des rayons cosmiques durs et sa magnétosphère bloque presque complètement le flux du vent solaire. Dans un espace ouvert, sans mesures de protection supplémentaires, l'exposition augmentera d'un ordre de grandeur. Parfois, l'idée de dévier les particules cosmiques avec de forts champs magnétiques est discutée, mais en pratique, rien d'autre que le blindage n'a encore été élaboré. Les particules de rayonnement cosmique sont bien absorbées par le carburant de fusée, ce qui suggère l'utilisation de réservoirs pleins comme protection contre les rayonnements dangereux.

Le champ magnétique aux pôles n'est pas petit, mais plutôt grand. Il y est simplement dirigé presque radialement vers la Terre, ce qui conduit au fait que les particules du vent solaire capturées par les champs magnétiques dans les ceintures de rayonnement, dans certaines conditions, se déplacent (retombent) en direction de la Terre aux pôles, provoquant des aurores. Cela ne présente pas de danger pour les astronautes, puisque la trajectoire de l'ISS passe plus près de la zone équatoriale. Le danger est représenté par de fortes éruptions solaires de classe M et X avec des éjections coronales de matière (principalement des protons) dirigées vers la Terre. C'est dans ce cas que les astronautes appliquent des mesures de radioprotection supplémentaires.

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CITATION: "... Ce ne sont pas les protons qui interagissent le plus efficacement avec la matière, qui constituent le plus grand nombre de toutes les autres particules dans les rayons cosmiques, mais les particules lourdes - carbone, oxygène, fer ...."

Veuillez expliquer à l'ignorant - d'où viennent les particules de carbone, d'oxygène, de fer dans le vent solaire (rayons cosmiques, comme vous l'avez écrit) et comment peuvent-elles pénétrer dans la substance qui compose l'œil - à travers la combinaison spatiale ?

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2 autres commentaires

J'explique... La lumière du soleil est des photons(y compris les quanta gamma et les rayons X, qui sont des rayonnements pénétrants).

Y en a-t-il d'autres vent ensoleillé. Particules. Par exemple, les électrons, les ions, les noyaux atomiques volant du Soleil et du Soleil. Il y a peu de noyaux lourds (plus lourds que l'hélium) là-bas, car il y en a peu dans le Soleil lui-même. Mais il existe de nombreuses particules alpha (noyaux d'hélium). Et, en principe, tout noyau plus léger qu'un fer peut voler (la seule question est le nombre d'arrivées). La synthèse de fer supplémentaire sur le Soleil (surtout à l'extérieur) ne va pas. Par conséquent, seuls le fer et quelque chose de plus léger (le même carbone, par exemple) peuvent voler du Soleil.

Rayons cosmiques au sens étroit- c'est particules chargées à très grande vitesse(et non chargé, cependant, aussi), qui est arrivé de l'extérieur système solaire(la plupart). Et aussi - rayonnement pénétrant à partir de là(parfois il est considéré séparément, non compté parmi les "rayons").

Entre autres particules, les rayons cosmiques contiennent les noyaux de n'importe quel atome(en quantités variables, bien sûr). En quelque sorte les noyaux lourds, frappant la substance, ionisent tout sur leur passage(et aussi - à part: il y a ionisation secondaire - déjà par ce qui est assommé le long de la route). Et s'ils ont une vitesse élevée (et une énergie cinétique), alors les noyaux seront engagés dans cette activité (voler à travers la matière et son ionisation) pendant longtemps et ne s'arrêteront pas de sitôt. Respectivement, volera à travers n'importe quoi et ne s'éteindra pas- jusqu'à ce qu'ils dépensent la quasi-totalité de l'énergie cinétique. Même en trébuchant directement dans un autre noyau (et c'est rare), ils peuvent simplement le jeter de côté, presque sans changer la direction de leur mouvement. Ou pas sur le côté, mais voler plus ou moins dans une direction.

Imaginez une voiture qui en percute une autre à pleine vitesse. Va-t-il s'arrêter ? Et imaginez aussi que sa vitesse est de plusieurs milliers de kilomètres par heure (encore mieux - par seconde!), Et la force lui permet de résister à n'importe quel coup. C'est le noyau de l'espace extra-atmosphérique.

Rayons cosmiques au sens large- ce sont les rayons cosmiques dans l'étroit, plus le vent solaire et le rayonnement pénétrant du Soleil. (Eh bien, ou sans rayonnement pénétrant, s'il est considéré séparément).

Le vent solaire est un flux de particules ionisées (principalement du plasma hélium-hydrogène) s'écoulant de la couronne solaire à une vitesse de 300 à 1200 km/s dans l'espace environnant. C'est l'un des principaux composants du milieu interplanétaire.

De nombreux phénomènes naturels sont associés au vent solaire, notamment les phénomènes météorologiques spatiaux tels que les orages magnétiques et les aurores boréales.

Les concepts de "vent solaire" (un flux de particules ionisées volant du Soleil à la Terre en 2-3 jours) et de "lumière du soleil" (un flux de photons volant du Soleil à la Terre en moyenne 8 minutes 17 secondes ) ne doit pas être confondu.

A cause du vent solaire, le Soleil perd environ un million de tonnes de matière chaque seconde. Le vent solaire se compose principalement d'électrons, de protons et de noyaux d'hélium (particules alpha); les noyaux des autres éléments et particules non ionisées (électriquement neutres) sont contenus en très faible quantité.

Bien que le vent solaire provienne de la couche externe du Soleil, il ne reflète pas la composition des éléments de cette couche, car à la suite de processus de différenciation, l'abondance de certains éléments augmente et d'autres diminue (effet FIP).

Rayons cosmiques - particules élémentaires et noyaux d'atomes se déplaçant à haute énergie dans l'espace [

Classification selon l'origine des rayons cosmiques :

• hors de notre galaxie
• dans la galaxie
• dans le soleil
• dans l'espace interplanétaire

Les rayons extragalactiques et galactiques sont généralement appelés primaires. Il est d'usage d'appeler flux secondaires de particules passant et se transformant dans l'atmosphère terrestre.

Les rayons cosmiques sont une composante du rayonnement naturel (rayonnement de fond) à la surface de la Terre et dans l'atmosphère.

Le spectre énergétique des rayons cosmiques comprend 43 % de l'énergie des protons, 23 % de l'énergie de l'hélium (particules alpha) et 34 % de l'énergie transportée par les particules restantes.

En termes de nombre de particules, les rayons cosmiques sont composés à 92 % de protons, à 6 % de noyaux d'hélium, à environ 1 % d'éléments plus lourds et à environ 1 % d'électrons.

Traditionnellement, les particules observées dans les rayons cosmiques sont divisées dans les groupes suivants... en conséquence, les protons, les particules alpha, légères, moyennes, lourdes et super lourdes... Une caractéristique de la composition chimique du rayonnement cosmique primaire est une valeur anormalement élevée (plusieurs mille fois) contenu des noyaux du groupe L (lithium, béryllium, bore) par rapport à la composition des étoiles et du gaz interstellaire. Ce phénomène s'explique par le fait que le mécanisme de génération des particules cosmiques accélère principalement les noyaux lourds qui, lorsqu'ils interagissent avec les protons du milieu interstellaire, se désintègrent en noyaux plus légers.

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Commentaire

Comme déjà mentionné, dès que les Américains ont commencé leur programme spatial, leur scientifique James Van Allen a fait une découverte assez importante. Le premier satellite artificiel américain qu'ils ont lancé en orbite était beaucoup plus petit que le satellite soviétique, mais Van Allen a pensé à y attacher un compteur Geiger. Ainsi, la déclaration faite à la fin du XIXe siècle a été officiellement confirmée. scientifique exceptionnel Nikola Tesla l'hypothèse que la Terre est entourée d'une ceinture de rayonnement intense.

Photographie de la Terre par l'astronaute William Anders

pendant la mission Apollo 8 (archive NASA)

Tesla, cependant, était considéré comme un grand excentrique, et même fou par la science académique, de sorte que ses hypothèses sur la charge électrique géante générée par le Soleil sont longtemps restées secrètes, et le terme "vent solaire" n'a suscité que des sourires. Mais grâce à Van Allen, les théories de Tesla ont été relancées. Avec le dépôt de Van Allen et d'un certain nombre d'autres chercheurs, il a été constaté que les ceintures de rayonnement dans l'espace commencent à 800 km au-dessus de la surface de la Terre et s'étendent jusqu'à 24 000 km. Étant donné que le niveau de rayonnement y est plus ou moins constant, le rayonnement entrant devrait approximativement être égal au rayonnement sortant. Sinon, il s'accumulerait jusqu'à «cuire» la Terre, comme dans un four, ou se dessécherait. À cette occasion, Van Allen a écrit : « Les ceintures de rayonnement peuvent être comparées à un vaisseau qui fuit, qui est constamment réapprovisionné par le Soleil et se jette dans l'atmosphère. Une grande partie des particules solaires déborde du vaisseau et éclabousse, en particulier dans les zones polaires, entraînant des aurores, des orages magnétiques et d'autres phénomènes similaires.

Le rayonnement des ceintures de Van Allen dépend du vent solaire. De plus, ils semblent focaliser ou concentrer ce rayonnement en eux-mêmes. Mais comme ils ne peuvent concentrer en eux que ce qui vient directement du Soleil, une autre question reste ouverte : quelle quantité de rayonnement y a-t-il dans le reste du cosmos ?

Orbites des particules atmosphériques dans l'exosphère(dic.academic.ru)

La Lune n'a pas de ceintures de Van Allen. Elle n'a pas non plus d'atmosphère protectrice. Il est ouvert à tous les vents solaires. Si pendant l'expédition lunaire il y avait une forte éruption solaire, alors le flux colossal de rayonnement incinérerait à la fois les capsules et les astronautes sur la partie de la surface lunaire où ils passaient leur journée. Ce rayonnement n'est pas seulement dangereux - il est mortel !

En 1963, des scientifiques soviétiques ont déclaré au célèbre astronome britannique Bernard Lovell qu'ils ne savaient pas comment protéger les astronautes des effets mortels du rayonnement cosmique. Cela signifiait que même les coques métalliques beaucoup plus épaisses des véhicules russes ne pouvaient pas faire face aux radiations. Comment, alors, le métal le plus fin (presque comme une feuille) utilisé dans les capsules américaines pourrait-il protéger les astronautes ? La NASA savait que c'était impossible. Les singes de l'espace sont morts moins de 10 jours après leur retour, mais la NASA ne nous a jamais dit la véritable cause de leur mort.

Singe astronaute (archive RGANT)

La plupart des gens, même connaisseurs de l'espace, ignorent l'existence de radiations mortelles pénétrant dans ses étendues. Curieusement (et peut-être juste pour des raisons que l'on peut deviner), dans "l'Encyclopédie illustrée de la technologie spatiale" américaine, l'expression "rayonnement cosmique" n'apparaît pas une seule fois. Et en général, les chercheurs américains (en particulier ceux associés à la NASA) contournent ce sujet à un kilomètre de distance.

Pendant ce temps, Lovell, après avoir discuté avec des collègues russes qui connaissaient parfaitement le rayonnement cosmique, a envoyé les informations dont il disposait à l'administrateur de la NASA, Hugh Dryden, mais il les a ignorées.

L'un des astronautes qui aurait visité la Lune, Collins, n'a mentionné le rayonnement cosmique que deux fois dans son livre :

"Au moins, la Lune était bien en dehors des ceintures de Van Allen de la Terre, ce qui signifiait une bonne dose de rayonnement pour ceux qui étaient là et une dose mortelle pour ceux qui s'attardaient."

"Ainsi, les ceintures de rayonnement de Van Allen qui entourent la Terre et la possibilité d'éruptions solaires nécessitent une compréhension et une préparation afin de ne pas exposer l'équipage à des doses accrues de rayonnement."

Alors, que signifie « comprendre et préparer » ? Cela signifie-t-il qu'au-delà des ceintures de Van Allen, le reste de l'espace est exempt de rayonnement ? Ou la NASA avait-elle une stratégie secrète pour se cacher des éruptions solaires après que la décision finale sur l'expédition ait été prise ?

La NASA a affirmé qu'elle pouvait simplement prédire les éruptions solaires et a donc envoyé des astronautes sur la Lune lorsque les éruptions n'étaient pas prévues et que le danger de rayonnement pour eux était minime.

Pendant qu'Armstrong et Aldrin travaillaient dans l'espace

à la surface de la lune, Michael Collins

était en orbite (archive NASA)

Cependant, d'autres experts affirment: "Il est seulement possible de prédire la date approximative du futur rayonnement maximal et sa densité."

Le cosmonaute soviétique Leonov est néanmoins allé dans l'espace extra-atmosphérique en 1966 - cependant, dans une combinaison de plomb super lourde. Mais après seulement trois ans, les astronautes américains sautaient à la surface de la lune, et non dans des combinaisons spatiales super lourdes, bien au contraire ! Peut-être qu'au fil des ans, les spécialistes de la NASA ont réussi à trouver une sorte de matériau ultraléger qui protège de manière fiable contre les radiations ?

Cependant, les chercheurs découvrent soudainement qu'au moins Apollo 10, Apollo 11 et Apollo 12 se sont déclenchés précisément pendant ces périodes où le nombre de taches solaires et l'activité solaire correspondante approchaient d'un maximum. Le maximum théorique généralement accepté du 20e cycle solaire a duré de décembre 1968 à décembre 1969. Au cours de cette période, les missions Apollo 8, Apollo 9, Apollo 10, Apollo 11 et Apollo 12 auraient dépassé la zone de protection des ceintures de Van Allen et seraient entrées dans l'espace circumlunaire.

Une étude plus approfondie des graphiques mensuels a montré que les éruptions solaires uniques sont un phénomène aléatoire qui se produit spontanément sur un cycle de 11 ans. Il arrive aussi que dans la période "basse" du cycle il arrive un grand nombre de clignote dans un court laps de temps, et pendant la période "élevée" - une très petite quantité. Mais ce qui est important, c'est que de très fortes épidémies peuvent survenir à tout moment du cycle.

Pendant l'ère Apollo, les astronautes américains ont passé au total près de 90 jours dans l'espace. Étant donné que le rayonnement des éruptions solaires imprévisibles atteint la Terre ou la Lune en moins de 15 minutes, la seule façon de s'en protéger serait à l'aide de conteneurs en plomb. Mais si la puissance de la fusée était suffisante pour soulever un tel surpoids, alors pourquoi a-t-il dû aller dans l'espace dans de fines capsules (littéralement 0,1 mm d'aluminium) à une pression de 0,34 atmosphères ?

Ceci malgré le fait que même une fine couche de revêtement protecteur, appelée "Mylar", selon l'équipage d'Apollo 11, s'est avérée si lourde qu'elle a dû être lavée d'urgence du module lunaire !

Il semble que la NASA ait sélectionné des gars spéciaux pour les expéditions lunaires, cependant, ajustés aux circonstances, coulés non pas en acier, mais en plomb. Le chercheur américain du problème, Ralph Rene, n'était pas trop paresseux pour calculer la fréquence à laquelle chacune des expéditions lunaires supposées avoir eu lieu devait tomber sous l'activité solaire.

Soit dit en passant, l'un des employés faisant autorité de la NASA (un physicien distingué, soit dit en passant) Bill Modlin dans son ouvrage "Prospects for Interstellar Travel" a franchement rapporté : "Les éruptions solaires peuvent émettre des protons GeV dans la même gamme d'énergie que la plupart des particules cosmiques, mais beaucoup plus intense. Une augmentation de leur énergie avec un rayonnement accru est particulièrement dangereuse, car les protons du GeV pénètrent plusieurs mètres de matière ... Les éruptions solaires (ou stellaires) avec libération de protons constituent un danger très grave qui se produit périodiquement dans l'espace interplanétaire, ce qui fournit un dose de rayonnement de centaines de milliers de roentgens à quelques heures de distance du Soleil à la Terre. Une telle dose est mortelle et est des millions de fois supérieure à la dose admissible. La mort peut survenir après 500 roentgens en peu de temps.

Oui, les braves américains ont alors dû briller pire que la quatrième unité de puissance de Tchernobyl. "Les particules cosmiques sont dangereuses, elles viennent de toutes les directions et nécessitent au moins deux mètres de blindage dense autour de tout organisme vivant." Mais les capsules spatiales, dont la NASA fait la démonstration à ce jour, avaient un peu plus de 4 m de diamètre. Avec l'épaisseur de paroi recommandée par Modlin, les astronautes, même sans aucun équipement, ne seraient pas montés dedans, sans parler du fait qu'il n'y aurait pas assez de carburant pour soulever de telles capsules. Mais, de toute évidence, ni la direction de la NASA ni les astronautes qu'ils ont envoyés sur la Lune n'ont lu les livres de leur collègue et, étant dans une ignorance béate, ont surmonté toutes les épines sur le chemin des étoiles.

Cependant, peut-être que la NASA a vraiment développé une sorte de combinaisons spatiales ultra-durables pour eux, en utilisant un matériau ultra-léger (clairement, très classifié) qui protège contre les radiations ? Mais pourquoi n'a-t-il pas été utilisé ailleurs, comme on dit, à des fins pacifiques ? Eh bien, ils ne voulaient pas aider l'URSS avec Tchernobyl : après tout, la perestroïka n'avait pas encore commencé. Mais après tout, par exemple, en 1979 aux mêmes États-Unis, à la centrale nucléaire de Three Mile Island, un accident majeur s'est produit dans le bloc réacteur, ce qui a entraîné la fusion du cœur du réacteur. Alors pourquoi les liquidateurs américains n'ont-ils pas utilisé des combinaisons spatiales basées sur la technologie tant vantée de la NASA d'une valeur de pas moins de 7 millions de dollars pour éliminer cette mine nucléaire à action retardée sur leur territoire ? ..

Le rayonnement cosmique est un gros problème pour les concepteurs d'engins spatiaux. Ils cherchent à en protéger les astronautes, qui se trouveront à la surface de la lune ou feront de longs voyages dans les profondeurs de l'univers. Si la protection nécessaire n'est pas assurée, alors ces particules, volant à grande vitesse, vont pénétrer dans le corps de l'astronaute, endommager son ADN, ce qui peut augmenter le risque de cancer. Malheureusement, jusqu'à présent, toutes les méthodes de protection connues sont soit inefficaces, soit impraticables.
Les matériaux traditionnellement utilisés pour construire des engins spatiaux, tels que l'aluminium, piègent certaines particules cosmiques, mais une protection plus robuste est nécessaire pour des années de vol spatial.
L'agence aérospatiale américaine (NASA) accepte volontiers les idées les plus extravagantes, à première vue. Après tout, personne ne peut prédire avec certitude laquelle d'entre elles se transformera un jour en une percée sérieuse dans la recherche spatiale. L'agence dispose d'un institut spécial pour les concepts avancés (NASA Institute for Advanced Concepts - NIAC), conçu pour accumuler précisément de tels développements - à très long terme. Par le biais de cet institut, la NASA distribue des subventions à diverses universités et instituts - pour le développement de "brillantes folies".
Les options suivantes sont actuellement à l'étude :

Protégé par certains matériaux. Certains matériaux, comme l'eau ou le polypropylène, ont de bonnes propriétés protectrices. Mais pour protéger le vaisseau spatial avec eux, il en faudra beaucoup, le poids du navire deviendra inacceptable.
Actuellement, les employés de la NASA ont développé un nouveau matériau très résistant lié au polyéthylène, qui sera utilisé dans l'assemblage vaisseaux spatiaux avenir. Le "plastique spatial" pourra mieux protéger les astronautes du rayonnement cosmique que les écrans métalliques, mais beaucoup plus léger que les métaux connus. Les experts sont convaincus que lorsque le matériau aura une résistance à la chaleur suffisante, il sera même possible d'en faire des peaux de vaisseaux spatiaux.
Auparavant, on pensait que seule une coque entièrement métallique permettrait à un vaisseau spatial habité de traverser les ceintures de rayonnement de la Terre - des flux de particules chargées retenues par le champ magnétique près de la planète. Lors des vols vers l'ISS, cela n'a pas été rencontré, car l'orbite de la station est sensiblement plus basse zone dangereuse. De plus, les astronautes sont menacés par des éclairs sur le Soleil - une source de rayons gamma et X, et les détails du navire lui-même sont capables de rayonnement secondaire - en raison de la désintégration des radio-isotopes formés lors de la "première rencontre" avec le rayonnement.
Les scientifiques pensent désormais que le nouveau plastique RXF1 résout mieux les problèmes énumérés, et la faible densité n'est pas le dernier argument en sa faveur : la capacité de charge des fusées n'est toujours pas assez importante. Les résultats des tests de laboratoire dans lesquels il a été comparé à l'aluminium sont connus : RXF1 peut supporter trois fois la charge à une densité trois fois plus faible et capter plus de particules à haute énergie. Le polymère n'a pas encore été breveté, donc la méthode de sa fabrication n'est pas rapportée. Il est rapporté par Lenta.ru en référence à science.nasa.gov.

ouvrages gonflables. Le module gonflable, fabriqué en plastique RXF1 hautement résistant, sera non seulement plus compact au lancement, mais aussi plus léger qu'une structure en acier monobloc. Bien sûr, ses développeurs devront fournir suffisamment protection fiable des micrométéorites, couplées à des "débris spatiaux", mais il n'y a là rien de fondamentalement impossible.
Quelque chose est déjà là - c'est un vaisseau gonflable privé sans pilote Genesis II qui est déjà en orbite. Lancé en 2007 par un missile russe Dnepr. De plus, sa masse est assez impressionnante pour un appareil créé par une entreprise privée - plus de 1300 kg.

CSS (Commercial Space Station) Skywalker est un projet commercial de station orbitale gonflable. Pour soutenir le projet, la NASA alloue environ 4 milliards de dollars pour 20110 à 2013. On parle du développement de nouvelles technologies de modules gonflables pour l'exploration spatiale et des corps célestes du système solaire.

Le coût de la structure gonflable n'est pas indiqué. Mais les coûts totaux pour le développement de nouvelles technologies ont déjà été annoncés. En 2011, 652 millions de dollars seront alloués à ces fins, en 2012 (si le budget n'est pas révisé à nouveau) - 1262 millions de dollars, en 2013 - 1808 millions de dollars. triste expérience"Constellation", qui est sorti des délais et des estimations, sans se concentrer sur un programme à grande échelle.
Modules gonflables, dispositifs d'amarrage automatique, systèmes de stockage de carburant en orbite, modules autonomes support de vie et complexes qui permettent d'atterrir sur d'autres corps célestes. Ce n'est qu'une petite partie des tâches qui sont maintenant confiées à la NASA pour résoudre le problème de l'atterrissage d'un homme sur la lune.

Protection magnétique et électrostatique. Des aimants puissants peuvent être utilisés pour dévier les particules volantes, mais les aimants sont très lourds et on ne sait pas encore à quel point un champ magnétique suffisamment puissant pour réfléchir le rayonnement cosmique sera dangereux pour les astronautes.

Vaisseau spatial ou station à la surface de la lune avec protection magnétique. Un aimant supraconducteur toroïdal avec une intensité de champ ne permettra pas à la plupart des rayons cosmiques de pénétrer dans le cockpit situé à l'intérieur de l'aimant, et réduira ainsi les doses totales de rayonnement provenant du rayonnement cosmique de dizaines de fois ou plus.

Les projets prometteurs de la NASA sont un bouclier de rayonnement électrostatique pour la base lunaire et un télescope lunaire à miroir liquide (illustrations de spaceflightnow.com).

Solutions biomédicales. Le corps humain est capable de réparer les dommages à l'ADN causés par de petites doses de rayonnement. Si cette capacité est améliorée, les astronautes pourront supporter une exposition prolongée au rayonnement cosmique. Suite

Protection contre l'hydrogène liquide. La NASA envisage d'utiliser des réservoirs de carburant pour engins spatiaux contenant de l'hydrogène liquide qui peuvent être placés autour du compartiment de l'équipage comme bouclier contre les radiations spatiales. Cette idée est basée sur le fait que le rayonnement cosmique perd de l'énergie lorsqu'il entre en collision avec les protons d'autres atomes. L'atome d'hydrogène n'ayant qu'un seul proton dans le noyau, le proton de chacun de ses noyaux « ralentit » le rayonnement. Dans les éléments avec des noyaux plus lourds, certains protons en bloquent d'autres, de sorte que les rayons cosmiques ne les atteignent pas. Une protection contre l'hydrogène peut être apportée, mais pas suffisamment pour prévenir les risques de cancer.

Combinaison biologique. Ce projet Bio-Suit est développé par un groupe de professeurs et d'étudiants du Massachusetts Institute of Technology (MIT). "Bio" - dans ce cas, ne signifie pas biotechnologie, mais légèreté, commodité inhabituelle pour les combinaisons spatiales, et quelque part même l'imperceptibilité de la coque, qui est, pour ainsi dire, une continuation du corps.
Au lieu de coudre et de coller la combinaison spatiale à partir de pièces séparées de divers tissus, elle sera pulvérisée directement sur la peau d'une personne sous la forme d'un spray à durcissement rapide. Certes, le casque, les gants et les bottes resteront toujours traditionnels.
La technologie d'une telle pulvérisation (un polymère spécial est utilisé comme matériau) est déjà testée par l'armée américaine. Ce processus s'appelle Electrospinlacing, il est élaboré par des spécialistes du centre de recherche de l'armée américaine - centre des systèmes de soldats, Natick.
De manière simplifiée, on peut dire que les plus petites gouttelettes ou fibres courtes du polymère acquièrent une charge électrique et, sous l'influence d'un champ électrostatique, se précipitent vers leur cible - un objet qui doit être recouvert d'un film - où elles forment une surface fusionnée. Les scientifiques du MIT ont l'intention de créer quelque chose de similaire, mais capable de créer un film étanche à l'humidité et à l'air sur le corps d'une personne vivante. Après durcissement, le film acquiert une résistance élevée, tout en conservant une élasticité suffisante pour le mouvement des bras et des jambes.
Il convient d'ajouter que le projet prévoit une option lorsque plusieurs couches différentes seront ainsi pulvérisées sur le corps, en alternance avec une variété d'électronique intégrée.

La ligne de développement des combinaisons spatiales selon les scientifiques du MIT (illustration tirée du site mvl.mit.edu).

Et les inventeurs de la combinaison biologique parlent également de l'auto-serrage prometteur des films polymères avec des dommages mineurs.
Lorsque cela devient possible, même Mme le professeur Dava Newman elle-même ne s'engage pas à prédire. Peut-être dans dix ans, peut-être dans cinquante.

Mais après tout, si vous ne commencez pas à avancer vers ce résultat maintenant, le "futur fantastique" ne viendra pas.

L'un des principaux facteurs biologiques négatifs de l'espace extra-atmosphérique, avec l'apesanteur, est le rayonnement. Mais si la situation en apesanteur sur divers corps du système solaire (par exemple, sur la Lune ou Mars) est meilleure que sur l'ISS, alors les choses sont plus compliquées avec le rayonnement.

Selon son origine, le rayonnement cosmique est de deux types. Il se compose de rayons cosmiques galactiques (GCR) et de protons lourds chargés positivement émanant du Soleil. Ces deux types de rayonnement interagissent. Pendant la période d'activité solaire, l'intensité des rayons galactiques diminue, et inversement. Notre planète est protégée du vent solaire par un champ magnétique. Malgré cela, certaines des particules chargées atteignent l'atmosphère. Le résultat est un phénomène connu sous le nom d'aurore. Les GCR à haute énergie ne sont presque pas piégés par la magnétosphère, mais ils n'atteignent pas la surface de la Terre en quantités dangereuses en raison de son atmosphère dense. L'orbite de l'ISS se situe au-dessus des couches denses de l'atmosphère, mais à l'intérieur des ceintures de radiation terrestres. Pour cette raison, le niveau de rayonnement cosmique à la station est beaucoup plus élevé que sur Terre, mais nettement inférieur à celui de l'espace extra-atmosphérique. En termes de propriétés protectrices, l'atmosphère terrestre équivaut approximativement à une couche de plomb de 80 centimètres.

La seule source fiable de données sur la dose de rayonnement pouvant être obtenue lors d'un long vol spatial et à la surface de Mars est l'instrument RAD de la station de recherche Mars Science Laboratory, mieux connue sous le nom de Curiosity. Pour comprendre la précision des données qu'il a recueillies, regardons d'abord l'ISS.

En septembre 2013, un article a été publié dans la revue Science sur les résultats de l'outil RAD. Un graphique comparatif du Jet Propulsion Laboratory de la NASA (une organisation non affiliée aux expériences sur l'ISS, mais qui travaille avec l'instrument RAD de Curiosity) montre qu'une personne reçoit une dose de rayonnement d'environ 80 mSv (millisievert) pendant un séjour de six mois sur un -Station spatiale terrestre). Mais dans une publication de l'Université d'Oxford de 2006 (ISBN 978-0-19-513725-5), il est dit qu'un astronaute sur l'ISS reçoit en moyenne 1 mSv par jour, c'est-à-dire qu'une dose sur six mois devrait être de 180 mSv. En conséquence, nous constatons une énorme dispersion dans l'estimation du niveau d'exposition dans l'orbite terrestre basse étudiée depuis longtemps.

Les principaux cycles solaires ont une période de 11 ans, et comme le GCR et le vent solaire sont interdépendants, pour des observations statistiquement fiables, il est nécessaire d'étudier les données de rayonnement à différentes parties du cycle solaire. Malheureusement, comme mentionné ci-dessus, toutes les données dont nous disposons sur le rayonnement spatial ont été collectées au cours des huit premiers mois de 2012 par le vaisseau spatial MSL en route vers Mars. Des informations sur le rayonnement à la surface de la planète ont été accumulées par lui au cours des années suivantes. Cela ne signifie pas que les données sont incorrectes. Vous devez juste comprendre qu'ils ne peuvent refléter que les caractéristiques d'une période de temps limitée.

Les dernières données de l'outil RAD ont été publiées en 2014. Selon des scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, une personne recevra une dose moyenne de rayonnement d'environ 120 mSv pendant un séjour de six mois à la surface de Mars. Ce chiffre se situe au milieu entre les estimations inférieure et supérieure de la dose de rayonnement sur l'ISS. Pendant le vol vers Mars, si cela prend également six mois, la dose de rayonnement sera de 350 mSv, soit 2 à 4,5 fois plus que sur l'ISS. Pendant le vol, le MSL a subi cinq éruptions solaires d'intensité modérée. Nous ne savons pas avec certitude quelle quantité de rayonnement les astronautes recevront sur la Lune, car à l'époque du programme Apollo, aucune expérience n'a étudié séparément le rayonnement cosmique. Ses effets n'ont été étudiés qu'en conjonction avec les effets d'autres phénomènes négatifs, tels que l'influence de la poussière lunaire. Néanmoins, on peut supposer que la dose sera plus élevée que sur Mars, puisque la Lune n'est pas protégée même par une atmosphère faible, mais plus faible que dans l'espace, puisqu'une personne sur la Lune ne sera irradiée que "d'en haut" et "par les côtés", mais pas sous les pieds./

En conclusion, on peut noter que le rayonnement est le problème qui nécessitera certainement une solution en cas de colonisation du système solaire. Cependant, l'opinion largement répandue selon laquelle l'environnement de rayonnement en dehors de la magnétosphère terrestre ne permet pas des vols spatiaux à long terme est tout simplement fausse. Pour un vol vers Mars, il sera nécessaire d'installer un revêtement de protection soit sur l'ensemble du module d'habitation du complexe de vol spatial, soit sur un compartiment "tempête" séparé, spécialement protégé, dans lequel les astronautes peuvent attendre les douches de protons. Cela ne signifie pas que les développeurs devront utiliser des systèmes anti-rayonnement complexes. Pour réduire considérablement le niveau d'exposition, il suffit revêtement d'isolation thermique, qui est utilisé sur les véhicules de descente d'engins spatiaux pour se protéger contre la surchauffe lors du freinage dans l'atmosphère terrestre.

bande spatiale

Tous les organismes depuis leur apparition sur Terre ont existé, se sont développés et ont évolué sous l'influence constante des radiations. Le rayonnement est tout aussi naturel un phénomène naturel comme le vent, le flux et le reflux, la pluie, etc.

Le fond de rayonnement naturel (NRF) était présent sur la Terre à toutes les étapes de sa formation. C'était bien avant que la vie n'apparaisse, puis la biosphère. La radioactivité et les rayonnements ionisants qui l'accompagnent ont été un facteur qui a influencé l'état de l'art biosphère, l'évolution de la Terre, la vie sur Terre et la composition élémentaire du système solaire. Tout organisme est exposé au rayonnement de fond caractéristique de la zone. Jusqu'aux années 1940 elle est due à deux facteurs : la désintégration des radionucléides d'origine naturelle, localisés à la fois dans l'habitat d'un organisme donné et dans l'organisme lui-même, et les rayons cosmiques.

Les sources de rayonnement naturel (naturel) sont l'espace et les radionucléides naturels contenus sous forme et concentration naturelles dans tous les objets de la biosphère: sol, eau, air, minéraux, organismes vivants, etc. Tous les objets qui nous entourent et nous-mêmes au sens absolu les mots sont radioactifs.

La population mondiale reçoit la principale dose de rayonnement provenant de sources naturelles de rayonnement. La plupart d'entre eux sont tels qu'il est absolument impossible d'en éviter le rayonnement. Tout au long de l'histoire de l'existence de la Terre, divers types de rayonnement pénètrent à la surface de la Terre depuis l'espace et proviennent de substances radioactives situées dans la croûte terrestre. Une personne est exposée aux radiations de deux manières. Les substances radioactives peuvent être à l'extérieur du corps et l'irradier de l'extérieur (dans ce cas on parle de rayonnement externe) ou elles peuvent se trouver dans l'air qu'une personne respire, dans les aliments ou l'eau et pénétrer à l'intérieur du corps (cette méthode d'irradiation est dit interne).

Tout habitant de la Terre est exposé à des rayonnements provenant de sources naturelles de rayonnement. Cela dépend, en partie, de l'endroit où les gens vivent.Le niveau de rayonnement dans certains endroits du globe, en particulier là où se trouvent des roches radioactives, est beaucoup plus élevé que la moyenne, et dans d'autres endroits, il est inférieur. Les sources terrestres de rayonnement sont responsables de la majeure partie de l'exposition à laquelle une personne est exposée en raison du rayonnement naturel. En moyenne, ils fournissent plus de 5/6 de la dose équivalente efficace annuelle reçue par la population, principalement du fait de l'exposition interne. Le reste est apporté par les rayons cosmiques, principalement par irradiation externe.

Le rayonnement naturel de fond est formé par le rayonnement cosmique (16%) et le rayonnement créé par les radionucléides dispersés dans la nature contenus dans la croûte terrestre, l'air de surface, le sol, l'eau, les plantes, les produits alimentaires, dans les organismes animaux et humains (84%). Le fond de rayonnement d'origine humaine est principalement associé au traitement et au déplacement des roches, à la combustion du charbon, du pétrole, du gaz et d'autres combustibles fossiles, ainsi qu'aux essais armes nucléaires et l'énergie nucléaire.

Le fond de rayonnement naturel est un facteur intégral environnement qui a un impact significatif sur la vie humaine. Le fond de rayonnement naturel varie considérablement dans les différentes régions de la Terre. La dose équivalente dans le corps humain est en moyenne de 2 mSv = 0,2 rem. Le développement évolutif montre que dans des conditions de fond naturel, des conditions optimales sont fournies pour la vie des humains, des animaux et des plantes. Par conséquent, lors de l'évaluation du danger dû à rayonnement ionisant, il est essentiel de connaître la nature et les niveaux d'exposition provenant de diverses sources.

Étant donné que les radionucléides, comme tout atome, forment certains composés dans la nature et, en fonction de leur propriétés chimiques font partie de certains minéraux, alors la répartition des radionucléides naturels dans la croûte terrestre est inégale. Le rayonnement cosmique, comme mentionné ci-dessus, dépend également d'un certain nombre de facteurs et peut différer de plusieurs fois. Ainsi, le fond de rayonnement naturel dans différents endroits du globe est différent. Ceci est lié à la conditionnalité du concept de «fond de rayonnement normal»: avec l'altitude au-dessus du niveau de la mer, le fond de rayonnement augmente en raison du rayonnement cosmique, aux endroits où des granites ou des sables riches en thorium remontent à la surface, le fond de rayonnement est également plus élevé , etc. Par conséquent, nous ne pouvons parler que du fond de rayonnement naturel moyen pour une zone, un territoire, un pays, etc.

La valeur moyenne de la dose efficace reçue par un habitant de notre planète depuis sources naturelles par an est 2,4 mSv .

Environ 1/3 de cette dose est due au rayonnement externe (à peu près également de l'espace et des radionucléides) et 2/3 sont dus à l'exposition interne, c'est-à-dire aux radionucléides naturels situés à l'intérieur de notre corps. L'activité spécifique moyenne d'une personne est d'environ 150 Bq/kg. Le rayonnement de fond naturel (exposition externe) au niveau de la mer est en moyenne d'environ 0,09 µSv/h. Cela correspond à environ 10 µR/h.

rayonnement cosmique est un flux de particules ionisantes qui tombe sur Terre depuis l'espace. La composition du rayonnement cosmique comprend :

Le rayonnement cosmique est composé de trois composants qui diffèrent par leur origine :

1) rayonnement de particules capturées par le champ magnétique terrestre ;

2) rayonnement cosmique galactique ;

3) rayonnement corpusculaire du Soleil.

Rayonnement de particules chargées capturées par le champ magnétique terrestre - à une distance de 1,2 à 8 rayons terrestres sont les soi-disant ceintures de rayonnement contenant des protons d'une énergie de 1 à 500 MeV (principalement 50 MeV), des électrons d'une énergie d'environ 0,1 -0,4 MeV et une petite quantité de particules alpha.

Composé. Les rayons cosmiques galactiques sont principalement constitués de protons (79 %) et de particules α (20 %), ce qui reflète la prévalence de l'hydrogène et de l'hélium dans l'Univers. Parmi les ions lourds, les ions de fer sont de la plus grande importance en raison de leur intensité relativement élevée et de leur grand numéro atomique.

Origine. Les sources de rayons cosmiques galactiques sont les éruptions stellaires, les explosions de supernova, l'accélération des pulsars, les explosions de noyaux galactiques, etc.

Durée de vie. La durée de vie des particules dans le rayonnement cosmique est d'environ 200 millions d'années. Les particules sont retenues par le champ magnétique de l'espace interstellaire.

Interaction avec l'atmosphère . En pénétrant dans l'atmosphère, les rayons cosmiques interagissent avec les atomes d'azote, d'oxygène et d'argon. Les collisions de particules avec des électrons se produisent plus souvent qu'avec des noyaux, mais les particules à haute énergie perdent peu d'énergie. Lors de collisions avec des noyaux, les particules quittent presque toujours le flux, de sorte que l'atténuation du rayonnement primaire est presque entièrement due aux réactions nucléaires.

Lorsque les protons entrent en collision avec les noyaux, les neutrons et les protons sont expulsés des noyaux et des réactions de fission nucléaire se produisent. Les particules secondaires résultantes ont une énergie considérable et induisent elles-mêmes la même réactions nucléaires, c'est-à-dire que toute une cascade de réactions se forme, une soi-disant douche d'air extensive se forme. Une particule primaire à haute énergie peut donner naissance à une gerbe comprenant dix générations successives de réactions au cours desquelles des millions de particules naissent.

De nouveaux noyaux et nucléons, qui constituent la composante nucléaire active du rayonnement, se forment principalement dans les couches supérieures de l'atmosphère. Dans sa partie inférieure, le flux de noyaux et de protons est considérablement affaibli en raison des collisions nucléaires et des pertes d'ionisation supplémentaires. Au niveau de la mer, il ne représente que quelques pour cent du débit de dose.

Radionucléides cosmogéniques

À la suite de réactions nucléaires sous l'influence des rayons cosmiques dans l'atmosphère et partiellement dans la lithosphère, des noyaux radioactifs se forment. Parmi ceux-ci, la plus grande contribution à la création de la dose est apportée par (émetteurs β : 3 H (T 1/2 = 12,35 ans), 14 C (T 1/2 = 5730 ans), 22 Na (T 1/ 2 = 2,6 ans) - pénétrant dans le corps humain avec de la nourriture. Comme il ressort des données présentées, le carbone 14 contribue le plus à l'exposition. Un adulte consomme ~ 95 kg de carbone par an avec de la nourriture.

radiation solaire, composé de un rayonnement électromagnétique jusqu'au domaine des rayons X, protons et particules alpha ;

Les types de rayonnement répertoriés sont primaires, ils disparaissent presque complètement à une hauteur d'environ 20 km en raison de l'interaction avec les couches supérieures de l'atmosphère. Dans ce cas, un rayonnement cosmique secondaire se forme, qui atteint la surface de la Terre et affecte la biosphère (y compris les humains). La composition du rayonnement secondaire comprend des neutrons, des protons, des mésons, des électrons et des photons.

L'intensité du rayonnement cosmique dépend de plusieurs facteurs :

Modifications du flux de rayonnement galactique,

activité solaire,

latitude géographique,

Hauteurs au-dessus du niveau de la mer.

Selon la hauteur, l'intensité du rayonnement cosmique augmente fortement.

Radionucléides de la croûte terrestre.

Des isotopes à longue durée de vie (avec une demi-vie de milliards d'années) sont dispersés dans la croûte terrestre, qui n'a pas eu le temps de se désintégrer pendant l'existence de notre planète. Ils se sont formés, probablement, simultanément à la formation des planètes du système solaire (des isotopes à durée de vie relativement courte se sont complètement désintégrés). Ces isotopes sont dits naturels substances radioactives, cela signifie ceux qui ont été formés et sont constamment reformés sans participation humaine. En se désintégrant, ils forment des isotopes intermédiaires également radioactifs.

Les sources externes de rayonnement sont plus de 60 radionucléides naturels situés dans la biosphère terrestre. Les éléments radioactifs naturels sont contenus en quantités relativement faibles dans toutes les coquilles et le noyau de la Terre. Les éléments radioactifs de la biosphère revêtent une importance particulière pour l'homme, c'est-à-dire la partie de la coquille terrestre (litho-, hydro- et atmosphère) où se trouvent les micro-organismes, les plantes, les animaux et les humains.

Pendant des milliards d'années, il y a eu un processus constant de désintégration radioactive des noyaux instables des atomes. En conséquence, la radioactivité totale de la matière terrestre, les roches a progressivement diminué. Les isotopes à durée de vie relativement courte se sont complètement désintégrés. Sont principalement conservés des éléments dont la demi-vie se mesure en milliards d'années, ainsi que des produits secondaires de désintégration radioactive à vie relativement courte, entraînant des chaînes successives de transformations, les familles dites éléments radioactifs. Dans la croûte terrestre, les radionucléides naturels peuvent être plus ou moins uniformément dispersés ou concentrés sous forme de dépôts.

Radionucléides naturels (naturels) peut être divisé en trois groupes :

Radionucléides appartenant à des familles radioactives (séries),

Autres radionucléides (n'appartenant pas aux familles radioactives) inclus dans la croûte terrestre lors de la formation de la planète,

Radionucléides formés sous l'action du rayonnement cosmique.

Lors de la formation de la Terre, avec les nucléides stables, des radionucléides sont également entrés dans la composition de sa croûte. La plupart de ces radionucléides appartiennent aux familles (séries) dites radioactives. Chaque ligne est une chaîne de transformations radioactives successives, lorsque le noyau formé lors de la désintégration du noyau parent se désintègre également à son tour, générant à nouveau un noyau instable, etc. Le début d'une telle chaîne est un radionucléide qui n'est pas formé à partir de un autre radionucléide, mais qui est contenu dans la croûte terrestre et la biosphère depuis leur naissance. Ce radionucléide est appelé l'ancêtre et toute la famille (série) porte son nom. Au total, il existe trois ancêtres dans la nature - l'uranium-235, l'uranium-238 et le thorium-232, et, par conséquent, trois séries radioactives - deux uranium et thorium. Toutes les rangées se terminent par des isotopes stables du plomb.

Le thorium a la demi-vie la plus longue (14 milliards d'années), il a donc été préservé presque complètement depuis l'accrétion de la Terre. L'uranium-238 s'est désintégré dans une large mesure, la grande majorité de l'uranium-235 s'est désintégrée et l'ensemble de l'isotope du neptunium-232 s'est désintégré. Pour cette raison, il y a beaucoup de thorium dans la croûte terrestre (presque 20 fois plus que l'uranium), et l'uranium-235 est 140 fois moins que l'uranium-238. L'ancêtre de la quatrième famille (neptunium) s'étant complètement désintégré depuis l'accrétion de la Terre, il est quasiment absent des roches. Des traces de neptunium ont été trouvées dans minerais d'uranium. Mais son origine est secondaire et est due au bombardement des noyaux d'uranium 238 par les neutrons des rayons cosmiques. Maintenant, le neptunium est obtenu à l'aide de réactions nucléaires artificielles. Pour l'écologiste cela n'a aucun intérêt.

Environ 0,0003% (selon diverses sources 0,00025-0,0004%) de la masse de la croûte terrestre est de l'uranium. Autrement dit, un mètre cube du sol le plus courant contient en moyenne 5 grammes d'uranium. Il y a des endroits où cette quantité est des milliers de fois supérieure - ce sont des gisements d'uranium. Un mètre cube d'eau de mer contient environ 1,5 mg d'uranium. Ce naturel élément chimique Il est représenté par deux isotopes -238U et 235U, chacun étant l'ancêtre de sa propre série radioactive. La grande majorité de l'uranium naturel (99,3 %) est de l'uranium-238. Ce radionucléide est très stable, la probabilité de sa désintégration (à savoir, la désintégration alpha) est très faible. Cette probabilité se caractérise par une demi-vie de 4,5 milliards d'années. Autrement dit, depuis la formation de notre planète, son nombre a diminué de moitié. De cela, à son tour, il s'ensuit que le fond de rayonnement sur notre planète était autrefois plus élevé. Chaînes de transformations radioactives qui génèrent des radionucléides naturels de la série de l'uranium :

La série radioactive comprend à la fois des radionucléides à vie longue (c'est-à-dire des radionucléides à longue demi-vie) et des radionucléides à vie courte, mais tous les radionucléides de la série existent dans la nature, même ceux qui se désintègrent rapidement. Cela est dû au fait qu'au fil du temps, un équilibre s'est établi (le soi-disant «équilibre séculaire») - le taux de désintégration de chaque radionucléide est égal au taux de sa formation.

Il existe des radionucléides naturels qui sont entrés dans la composition de la croûte terrestre lors de la formation de la planète et qui n'appartiennent pas à la série de l'uranium ou du thorium. Le premier est le potassium-40. La teneur en 40 K dans la croûte terrestre est d'environ 0,00027% (masse), la demi-vie est de 1,3 milliard d'années. Le nucléide fils, le calcium-40, est stable. Le potassium 40 se trouve en quantités importantes dans les plantes et les organismes vivants, ce qui contribue de manière significative à la dose interne totale d'exposition humaine.

Le potassium naturel contient trois isotopes : le potassium-39, le potassium-40 et le potassium-41, dont seul le potassium-40 est radioactif. Le rapport quantitatif de ces trois isotopes dans la nature ressemble à ceci : 93,08 %, 0,012 % et 6,91 %.

Le potassium 40 se décompose de deux manières. Environ 88% de ses atomes subissent un rayonnement bêta et se transforment en atomes de calcium-40. Les 12% restants des atomes, subissant la capture de K, se transforment en atomes d'argon-40. La méthode potassium-argon pour déterminer l'âge absolu des roches et des minéraux est basée sur cette propriété du potassium-40.

Le troisième groupe de radionucléides naturels sont les radionucléides cosmogéniques. Ces radionucléides sont formés par le rayonnement cosmique de nucléides stables à la suite de réactions nucléaires. Ceux-ci incluent le tritium, le béryllium-7, le carbone-14, le sodium-22. Par exemple, les réactions nucléaires de formation de tritium et de carbone 14 à partir d'azote sous l'action de neutrons cosmiques :

Le carbone occupe une place particulière parmi les radio-isotopes naturels. Le carbone naturel est constitué de deux isotopes stables, parmi lesquels le carbone 12 prédomine (98,89%). Le reste est presque entièrement représenté par l'isotope du carbone 13 (1,11 %).

En plus des isotopes stables du carbone, cinq autres isotopes radioactifs sont connus. Quatre d'entre eux (carbone 10, carbone 11, carbone 15 et carbone 16) ont des demi-vies très courtes (secondes et fractions de seconde). Le cinquième radio-isotope, le carbone 14, a une demi-vie de 5730 ans.

Dans la nature, la concentration de carbone 14 est extrêmement faible. Par exemple, dans les plantes modernes, un atome de cet isotope représente 10 9 atomes de carbone 12 et de carbone 13. Cependant, avec l'avènement des armes atomiques et de la technologie nucléaire, le carbone 14 est obtenu artificiellement par l'interaction de neutrons lents avec l'azote atmosphérique, de sorte que sa quantité ne cesse de croître.

Il existe une certaine convention concernant le point de vue de ce que l'arrière-plan est considéré comme "normal". Ainsi, avec une dose efficace annuelle « moyenne planétaire » par personne de 2,4 mSv dans de nombreux pays, cette valeur est de 7 à 9 mSv/an. Autrement dit, depuis des temps immémoriaux, des millions de personnes vivent dans des conditions de charges de dose naturelles, plusieurs fois supérieures à la moyenne. Des études médicales et des statistiques démographiques montrent que cela n'affecte en rien leur vie, n'a aucune impact négatif sur leur santé et celle de leur progéniture.

Parlant de la conventionnalité du concept de fond naturel «normal», on peut également indiquer un certain nombre d'endroits sur la planète où le niveau de rayonnement naturel dépasse la moyenne non seulement plusieurs fois, mais aussi des dizaines de fois (tableau), des dizaines et des centaines de milliers d'habitants sont exposés à cet effet. Et c'est aussi la norme, cela n'affecte en rien leur santé. De plus, de nombreuses zones à fort rayonnement de fond ont été des lieux de tourisme de masse (côtes maritimes) et des stations balnéaires reconnues (Caucasian Mineralnye Vody, Karlovy Vary, etc.) pendant des siècles.