Radiațiile cosmice pot pune capăt viitoarelor zboruri spațiale. Despre radiații ca principal „obstacol” în explorarea spațiului

În apropierea Pământului, câmpul său magnetic continuă să protejeze – chiar dacă este slăbit și fără ajutorul a mulți kilometri de atmosferă. Zburând în regiunea polilor, unde câmpul este mic, astronauții stau într-o încăpere special protejată. Și pentru protecția împotriva radiațiilor în timpul unui zbor către Marte, încă nu există o soluție tehnică satisfăcătoare.

Am decis să adauge răspunsul inițial din două motive:

1. într-un loc conține o afirmație incorectă și nu conține una corectă
2. doar de dragul completității (ghilimele)

1. În comentariile pe care le-a criticat Susanna Răspunsul este în mare măsură corect.

Câmpul slăbește peste polii magnetici ai Pământului asa cum am afirmat. Da, Susanna are dreptate că este deosebit de mare LA POL (imaginați-vă liniile de forță: se adună exact la poli). Dar la o înălțime mare DEASUPRA POL, este mai slab decât în ​​alte locuri - din același motiv (imaginați-vă aceleași linii de forță: au coborât - la poli, iar în vârf aproape că au dispărut). Câmpul pare să se scufunde.

Dar Susanna are dreptate cosmonauții Ministerului Situațiilor de Urgență nu se adăpostesc într-o cameră specială din cauza regiunilor polare R: Mi-a pierdut memoria.

Dar inca există un loc peste care se iau măsuri speciale(L-am confundat cu regiunile polare). Acest - peste anomalia magnetică din Atlanticul de Sud. Acolo, câmpul magnetic „se lasă” atât de mult încât centura de radiații și luați măsuri speciale fără erupții solare. Nu am putut găsi rapid un citat despre măsuri speciale care nu au legătură cu activitatea solară, dar am citit undeva despre ele.

Și, desigur, merită menționat focarele în sine: se ascund și de ei în cea mai protejată încăpere și nu se plimbă în acest moment prin gara.

Toate erupțiile solare sunt atent monitorizate și informații despre acestea sunt trimise la centrul de control. În astfel de perioade, astronauții nu mai lucrează și se refugiază în cele mai protejate compartimente ale stației. Astfel de segmente protejate sunt compartimentele ISS de lângă rezervoarele de apă. Apa întârzie particulele secundare - neutronii, iar doza de radiație este absorbită mai eficient.

2. Doar citate și informații suplimentare

Unele citate de mai jos menționează doza în Sieverts (Sv). Pentru orientare, câteva cifre și efecte probabile din tabelul în

0-0,25 Sunetul Niciun efect, cu excepția modificărilor moderate ale sângelui

0,25-1 Sunet Boli de radiații de la 5-10% dintre persoanele expuse

7 Sv ~100% decese

Doza zilnică pe ISS este de aproximativ 1 mSv (vezi mai jos). Mijloace, poți zbura fără prea mult risc timp de aproximativ 200 de zile. De asemenea, este important pentru cât timp se ia aceeași doză: cea luată într-un timp scurt este mult mai periculoasă decât cea luată pe o perioadă lungă. Corpul nu este un obiect pasiv care „acumulează” pur și simplu defecte de radiație: are și mecanisme de „reparare” și, de obicei, fac față creșterii treptate a dozelor mici.

În absența stratului atmosferic masiv care înconjoară oamenii de pe Pământ, astronauții de pe ISS sunt expuși la radiații mai intense din fluxurile constante de raze cosmice. În ziua respectivă, membrii echipajului primesc o doză de radiații în cantitate de aproximativ 1 milisievert, ceea ce este aproximativ echivalent cu expunerea unei persoane pe Pământ timp de un an. Acest lucru duce la un risc crescut de a dezvolta tumori maligne la astronauți, precum și la o slăbire a sistemului imunitar.

Conform datelor culese de NASA și experți din Rusia și Austria, astronauții de pe ISS primesc o doză zilnică de 1 milisievert. Pe Pământ, o astfel de doză de radiații nu poate fi obținută peste tot nici măcar pentru un an întreg.

Acest nivel, totuși, este încă relativ tolerabil. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că stațiile spațiale din apropierea Pământului sunt protejate camp magnetic Pământ.

Dincolo de limitele sale, radiația va crește de multe ori, prin urmare, expedițiile în spațiul profund vor fi imposibile.

Radiațiile din clădirile rezidențiale și laboratoarele ISS și Mir s-au datorat bombardării pielii de aluminiu a stației cu raze cosmice. Ionii rapidi și grei au eliminat o cantitate destul de mare de neutroni din piele.

În prezent, este imposibil să se asigure o protecție sută la sută împotriva radiațiilor pe nave spațiale. Mai precis, este posibil, dar datorită unei creșteri mai mult decât semnificative a masei, dar acest lucru este pur și simplu inacceptabil

Pe lângă atmosfera noastră, câmpul magnetic al Pământului este o protecție împotriva radiațiilor. Prima centură de radiații a Pământului este situată la o altitudine de aproximativ 600-700 km. Stația zboară acum la o altitudine de aproximativ 400 km, ceea ce este semnificativ mai mic ... Protecția împotriva radiațiilor în spațiu este (de asemenea - n.red.) Coca unei nave sau a unei stații. Cu cât pereții carcasei sunt mai groși, cu atât protecția este mai mare. Desigur, pereții nu pot fi infinit de groși, deoarece există restricții de greutate.

Nivelul ionizant, nivelul de fond al radiației la nivel internațional statie spatiala mai mare decât pe Pământ (de aproximativ 200 de ori - n.red.), ceea ce îl face pe astronautul mai susceptibil la radiațiile ionizante decât reprezentanții industriilor tradiționale periculoase ale radiațiilor, cum ar fi energie nuclearași diagnosticare cu raze X.

Pe lângă dozimetrele individuale pentru astronauți, stația are și un sistem de monitorizare a radiațiilor. ... Fiecare senzor este situat în cabinele echipajului și câte un senzor în compartimentul de lucru de diametru mic și mare. Sistemul funcționează autonom 24 de ore pe zi. ... Astfel, Pământul are informații despre situația actuală a radiațiilor la stație. Sistemul de monitorizare a radiațiilor este capabil să emită un semnal de avertizare „Verificați radiația!”. Dacă s-ar întâmpla acest lucru, atunci am vedea focul unui banner cu un semnal sonor însoțitor pe panoul de alarmă al sistemelor. De-a lungul existenţei cosmicului stație internațională nu au existat astfel de cazuri.

În... zona Atlanticului de Sud... centurile de radiații „sac” deasupra Pământului din cauza existenței unei anomalii magnetice adânci sub Pământ. Navele spațiale care zboară deasupra Pământului, parcă, „dungă” centurile de radiații pentru o perioadă foarte scurtă de timp... pe viraje care trec prin regiunea anomaliei. În alte ture, nu există fluxuri de radiații și nu creează probleme participanților la expedițiile spațiale.

Anomalia magnetică din Atlanticul de Sud nu este singura „ghinion” de radiații pentru astronauți. Erupțiile solare, uneori generând particule foarte energetice... pot crea mari dificultăți pentru zborurile astronauților. Ce doză de radiație poate fi primită de un astronaut în cazul sosirii particulelor solare pe Pământ este în mare măsură o chestiune de întâmplare. Această valoare este determinată în principal de doi factori: gradul de distorsiune a câmpului magnetic dipol al Pământului în timpul furtunilor magnetice și parametrii orbitei navei spațiale în timpul unui eveniment solar. ... Echipajul poate avea noroc dacă orbitele din momentul invaziei SCR nu trec prin zone periculoase de latitudini înalte.

Una dintre cele mai puternice erupții de protoni - o furtună de radiații a erupțiilor solare care a provocat o furtună de radiații în apropierea Pământului, a avut loc destul de recent - 20 ianuarie 2005. O erupție solară de o putere similară a avut loc acum 16 ani, în octombrie 1989. Mulți protoni cu energii care depășesc sute de MeV au ajuns în magnetosfera Pământului. Apropo, astfel de protoni sunt capabili să depășească protecția unei grosimi echivalente cu aproximativ 11 centimetri de apă. Costumul astronautului este mai subțire. Biologii cred că dacă la acel moment astronauții se aflau în afara Stației Spațiale Internaționale, atunci, desigur, efectele radiațiilor ar fi afectat sănătatea astronauților. Dar erau înăuntrul ei. Protecția ISS este suficient de mare pentru a proteja echipajul de efectele adverse ale radiațiilor în multe cazuri. Așa a fost în timpul acestui eveniment. Așa cum au arătat măsurătorile cu ajutorul dozimetrelor de radiații, doza de radiații „captată” de astronauți nu a depășit doza pe care o primește o persoană în timpul unei examinări convenționale cu raze X. Cosmonauții ISS au primit 0,01 Gy sau ~ 0,01 Sievert... Adevărat, astfel de doze mici se datorează și faptului că, așa cum s-a scris mai devreme, stația se afla pe orbite „protejate magnetic”, ceea ce s-ar putea să nu se întâmple întotdeauna.

Neil Armstrong (primul astronaut care a mers pe Lună) a raportat Pământului despre senzațiile sale neobișnuite în timpul zborului: uneori a observat sclipiri strălucitoare în ochi. Uneori, frecvența lor ajungea la aproximativ o sută pe zi... Oamenii de știință... au ajuns la concluzia că... razele cosmice galactice sunt responsabile pentru asta. Sunt aceste particule de înaltă energie, care pătrund în globul ocular, provoacă strălucirea Cherenkov atunci când interacționează cu substanța care alcătuiește ochiul. Drept urmare, astronautul vede un fulger strălucitor. Cea mai eficientă interacțiune cu materia nu sunt protonii, care sunt cei mai mari în compoziția razelor cosmice a tuturor celorlalte particule, ci particulele grele - carbon, oxigen, fier. Aceste particule, având masa mare, își pierd semnificativ mai multă energie pe unitatea de distanță parcursă decât omologii lor mai ușoare. Ei sunt cei responsabili pentru generarea strălucirii Cherenkov și excitarea retinei - membrana sensibilă a ochiului.

În timpul zborurilor spațiale pe distanțe lungi, rolul razelor cosmice galactice și solare ca factori periculoși pentru radiații crește. Se estimează că atunci când zboară spre Marte, GCR-urile devin principalul pericol de radiații. Zborul spre Marte durează aproximativ 6 luni, iar doza integrală - totală - de radiații de la GCR și SCR în această perioadă este de câteva ori mai mare decât doza de radiație către ISS pentru același timp. Prin urmare, riscul de consecințe ale radiațiilor asociate cu punerea în aplicare pe rază lungă misiuni spațiale crește semnificativ. Deci, pentru un an de zbor spre Marte, doza absorbită asociată cu GCR va fi de 0,2-0,3 Sv (fără ecranare). Poate fi comparată cu doza de la una dintre cele mai puternice rachete ale secolului trecut - august 1972. În timpul acestui eveniment, a fost de câteva ori mai mică: ~0,05 Sv.

Pericolul de radiații creat de GCR poate fi evaluat și prezis. O bogăție de material a fost acum acumulată pe variațiile temporale GCR asociate cu ciclul solar. Acest lucru a făcut posibilă crearea unui model pe baza căruia este posibil să se prezică fluxul GCR pentru orice perioadă de timp dată.

Lucrurile sunt mult mai complicate cu SCL. Erupțiile solare apar aleatoriu și nici măcar nu este evident că evenimente solare puternice au loc în ani care sunt neapărat aproape de activitatea maximă. Cel putin experienta anii recenti arată că acestea apar și în timpul luminii care se estompează.

Protonii erupției solare poartă amenințare reală echipaje spațiale în misiuni cu rază lungă de acțiune. Luând din nou ca exemplu explozia din august 1972, se poate demonstra, recalculând fluxurile de protoni solari într-o doză de radiație, că la 10 ore după începerea evenimentului, aceasta a depășit valoarea letală pentru echipajul navei spațiale dacă erau în afara navei pe Marte sau, să zicem, pe Lună.

Aici este oportun să amintim zborurile americanului „Apollo” către Lună la sfârșitul anilor ’60 – începutul anilor ’70. În 1972, în august, a avut loc o erupție solară de aceeași putere ca în octombrie 1989. Apollo 16 a aterizat după călătoria sa lunară în aprilie 1972, iar următorul, Apollo 17, a fost lansat în decembrie. A avut noroc echipajul Apollo 16? Sigur că da. Calculele arată că, dacă astronauții Apollo ar fi fost pe Lună în august 1972, ar fi fost expuși la o doză de radiații de ~4 Sv. Sunt multe de salvat. Doar dacă... dacă nu se întorc repede pe Pământ pentru tratament de urgență. O altă opțiune este să mergi în cabina modulului lunar Apollo. Aici doza de radiații ar scădea de 10 ori. Pentru comparație, să spunem că protecția ISS este de 3 ori mai groasă decât cea a modulului lunar Apollo.

La altitudinile stațiilor orbitale (~400 km), dozele de radiații depășesc de ~200 de ori valorile observate pe suprafața Pământului! În principal datorită particulelor din centurile de radiații.

Se știe că unele rute ale aeronavelor intercontinentale trec în apropierea regiunii polare nordice. Această zonă este cel mai puțin protejată de pătrunderea particulelor energetice și, prin urmare, în timpul erupțiilor solare, riscul expunerii la radiații pentru echipaj și pasageri crește. Erupțiile solare cresc dozele de radiații la altitudinile de zbor ale aeronavei de 20-30 de ori.

Recent, echipajele unor companii aeriene au fost informate despre începutul declanșării invaziei particulelor solare. O erupție solară puternică recentă, în noiembrie 2003, a făcut ca echipajul Delta al unui zbor Chicago-Hong Kong să se abată de la pistă: să ia o rută cu latitudine mai mică până la destinație.

Pământ din radiații cosmice protejează atmosfera și câmpul magnetic. Pe orbită, fondul de radiație este de sute de ori mai mare decât pe suprafața Pământului. În fiecare zi, un astronaut primește o doză de radiații de 0,3-0,8 milisieverts - de aproximativ cinci ori mai mult decât cu o radiografie toracică. Când lucrați în spațiu deschis, impactul radiațiilor este chiar cu un ordin de mărime mai mare. Și în momentele de erupții solare puternice, puteți obține o normă de 50 de zile într-o singură zi la stație. Doamne ferește să lucrezi peste bord într-un astfel de moment - pentru o singură ieșire, poți alege doza permisă pentru întreaga ta carieră, care este de 1000 de milisievert. În condiții normale, ar fi fost suficient timp de patru ani - nimeni nu a zburat încă atât de mult. Mai mult, daunele aduse sănătății de la o astfel de expunere unică vor fi mult mai mari decât de la prelungit ani de zile.

Cu toate acestea, orbitele joase ale Pământului sunt încă relativ sigure. Câmpul magnetic al Pământului captează particule încărcate din vântul solar, formând centuri de radiații. Au forma unei gogoși late care înconjoară Pământul la ecuator, la o altitudine de 1.000 până la 50.000 de kilometri. Densitatea maximă de particule este atinsă la altitudini de aproximativ 4.000 și 16.000 de kilometri. Orice întârziere prelungită a navei în centurile de radiații reprezintă o amenințare gravă la adresa vieții echipajului. Traversându-le în drumul lor spre Lună, astronauții americani riscau să primească o doză de 10-20 milisievert în câteva ore – ca într-o lună de muncă pe orbită.

În zborurile interplanetare, problema protecției împotriva radiațiilor echipajului este și mai acută. Pământul acoperă jumătate din razele cosmice dure, iar magnetosfera sa blochează aproape complet fluxul vântului solar. În spațiu deschis, fără măsuri suplimentare de protecție, expunerea va crește cu un ordin de mărime. Uneori se discută ideea de a devia particulele cosmice cu câmpuri magnetice puternice, dar în practică nu s-a rezolvat încă nimic altceva decât ecranarea. Particulele de radiație cosmică sunt bine absorbite de combustibilul rachetei, ceea ce sugerează utilizarea rezervoarelor pline ca protecție împotriva radiațiilor periculoase.

Câmpul magnetic la poli nu este mic, ci mai degrabă mare. Este pur și simplu direcționat acolo aproape radial către Pământ, ceea ce duce la faptul că particulele vântului solar captate de câmpurile magnetice din curele de radiații, în anumite condiții, se mișcă (cad) în direcția Pământului la poli, provocând aurore. Acest lucru nu reprezintă un pericol pentru astronauți, deoarece traiectoria ISS trece mai aproape de zona ecuatorială. Pericolul este reprezentat de erupții solare puternice de clasa M și X cu ejecții coronare de materie (în principal protoni) îndreptate spre Pământ. În acest caz, astronauții aplică măsuri suplimentare de protecție împotriva radiațiilor.

Răspuns

CITAT: „... Nu protonii interacționează cel mai eficient cu materia, care reprezintă cel mai mare număr dintre toate celelalte particule din razele cosmice, ci particulele grele - carbon, oxigen, fier...”.

Vă rugăm să explicați ignoranților - de unde au venit particulele de carbon, oxigen, fier din vântul solar (razele cosmice, așa cum ați scris) și cum pot pătrunde în substanța care alcătuiește ochiul - prin costumul spațial?

Răspuns

Încă 2 comentarii

Explic... Lumina soarelui este fotoni(inclusiv cuante gamma și raze X, care sunt radiații penetrante).

Mai sunt ceva vânt însorit. Particule. De exemplu, electroni, ioni, nuclee atomice care zboară de la Soare și de la Soare. Există puțini nuclei grei (mai grei decât heliul) acolo, pentru că sunt puțini dintre ei în Soare însuși. Dar există multe particule alfa (nuclee de heliu). Și, în principiu, orice nucleu mai ușor decât un fier poate zbura (singura întrebare este numărul de sosire). Sinteza ulterioară a fierului pe Soare (mai ales în afara lui) nu merge. Prin urmare, doar fierul și ceva mai ușor (același carbon, de exemplu) pot zbura de la Soare.

Raze cosmice în sens restrâns- Acest particule încărcate cu viteză foarte mare(și nu taxat, totuși, de asemenea), care au sosit din afară sistem solar(Mai ales). Și, de asemenea, - radiații penetrante de acolo(uneori este considerat separat, nu se numără printre „razele”).

Printre alte particule, razele cosmice conțin nucleele oricăror atomi(în cantități diferite, desigur). Oarecum nucleele grele, lovind substanța, ionizează totul în calea lor(și, de asemenea, - deoparte: există ionizare secundară - deja de ceea ce este eliminat de-a lungul drumului). Și dacă au o viteză mare (și energie cinetică), atunci nucleele vor fi angajate în această afacere (zburând prin materie și ionizarea acesteia) pentru o lungă perioadă de timp și nu se vor opri curând. Respectiv, va zbura prin orice și nu va opri calea- până când consumă aproape toată energia cinetică. Chiar și poticnându-se direct într-un alt nucleu (și acest lucru este rar), ei îl pot arunca pur și simplu deoparte, aproape fără a schimba direcția mișcării lor. Sau nu în lateral, ci zboară mai departe mai mult sau mai puțin într-o direcție.

Imaginați-vă o mașină care s-a izbit de alta cu viteză maximă. Se va opri? Și, de asemenea, imaginați-vă că viteza lui este de multe mii de kilometri pe oră (și mai bine - pe secundă!), Și puterea îi permite să reziste oricărei lovituri. Acesta este miezul din spațiul cosmic.

Raze cosmice în sensul cel mai larg- acestea sunt raze cosmice în îngust, plus vântul solar și radiația pătrunzătoare de la Soare. (Ei bine, sau fără radiații penetrante, dacă se consideră separat).

Vântul solar este un flux de particule ionizate (în principal plasmă de heliu-hidrogen) care curge din coroana solară cu o viteză de 300-1200 km/s în spațiul înconjurător. Este una dintre componentele principale ale mediului interplanetar.

Multe fenomene naturale sunt asociate cu vântul solar, inclusiv fenomene meteorologice spațiale, cum ar fi furtunile magnetice și aurorele.

Conceptele de „vânt solar” (un flux de particule ionizate care zboară de la Soare la Pământ în 2-3 zile) și „lumină solară” (un flux de fotoni care zboară de la Soare la Pământ în medie de 8 minute și 17 secunde). ) nu trebuie confundat.

Datorită vântului solar, Soarele pierde aproximativ un milion de tone de materie în fiecare secundă. Vântul solar este format în principal din electroni, protoni și nuclee de heliu (particule alfa); nucleii altor elemente și particule neionizate (neutre din punct de vedere electric) sunt conținute într-o cantitate foarte mică.

Deși vântul solar provine din stratul exterior al Soarelui, el nu reflectă compoziția elementelor din acest strat, deoarece în urma proceselor de diferențiere, abundența unor elemente crește și unele scade (efectul FIP).

Raze cosmice - particule elementare și nuclee ale atomilor care se deplasează cu energii mari în spațiul cosmic [

Clasificare în funcție de originea razelor cosmice:

• în afara galaxiei noastre
• în galaxie
• in soare
• în spațiul interplanetar

Razele extragalactice și galactice sunt de obicei numite primare. Se obișnuiește să se numească fluxuri secundare de particule care trec și se transformă în atmosfera Pământului.

Razele cosmice sunt o componentă a radiațiilor naturale (radiația de fundal) de pe suprafața Pământului și în atmosferă.

Spectrul energetic al razelor cosmice constă din 43% din energia protonilor, încă 23% din energia heliului (particule alfa) și 34% din energia transportată de particulele rămase.

În ceea ce privește numărul de particule, razele cosmice sunt 92% protoni, 6% nuclee de heliu, aproximativ 1% elemente mai grele și aproximativ 1% electroni.

În mod tradițional, particulele observate în razele cosmice sunt împărțite în următoarele grupe... în consecință, protoni, particule alfa, ușoare, medii, grele și supergrele... O caracteristică a compoziției chimice a radiației cosmice primare este un nivel anormal de mare (mai multe de mii de ori) conținutul nucleelor ​​din grupa L (litiu, beriliu, bor) în comparație cu compoziția stelelor și a gazului interstelar. Acest fenomen se explică prin faptul că mecanismul de generare a particulelor cosmice accelerează în primul rând nucleele grele, care, atunci când interacționează cu protonii mediului interstelar, se descompun în nuclee mai ușoare.

Răspuns

cometariu

După cum am menționat deja, de îndată ce americanii și-au început programul spațial, omul lor de știință James Van Allen a făcut o descoperire destul de importantă. Primul satelit artificial american pe care l-au lansat pe orbită a fost mult mai mic decât cel sovietic, dar Van Allen s-a gândit să-i atașeze un contor Geiger. Astfel, afirmația făcută la sfârșitul secolului al XIX-lea a fost confirmată oficial. remarcabilul om de știință Nikola Tesla ipoteza că Pământul este înconjurat de o centură de radiații intense.

Fotografie a Pământului realizată de astronautul William Anders

în timpul misiunii Apollo 8 (arhiva NASA)

Tesla, totuși, a fost considerat un mare excentric și chiar nebun de știința academică, așa că ipotezele sale despre sarcina electrică gigantică generată de Soare au fost de mult timp secrete, iar termenul „vânt solar” nu a provocat decât zâmbete. Dar datorită lui Van Allen, teoriile lui Tesla au fost reînviate. Odată cu depunerea lui Van Allen și al unui număr de alți cercetători, s-a descoperit că centurile de radiații din spațiu încep la 800 km deasupra suprafeței Pământului și se extind până la 24.000 km. Deoarece nivelul de radiație de acolo este mai mult sau mai puțin constant, radiația de intrare ar trebui să fie aproximativ egală cu cea de ieșire. În caz contrar, fie s-ar acumula până când „coc” Pământul, ca într-un cuptor, fie s-ar usca. Cu această ocazie, Van Allen a scris: „Centurile de radiații pot fi comparate cu un vas cu scurgeri, care este umplut în mod constant de la Soare și curge în atmosferă. O mare parte a particulelor solare revarsă vasul și stropește, în special în zonele polare, ducând la aurore, furtuni magnetice și alte fenomene similare.

Radiația centurilor Van Allen depinde de vântul solar. În plus, ei par să concentreze sau să concentreze această radiație în ei înșiși. Dar din moment ce pot concentra în ei înșiși doar ceea ce a venit direct de la Soare, încă o întrebare rămâne deschisă: cât de multă radiație există în restul cosmosului?

Orbitele particulelor atmosferice din exosferă(dic.academic.ru)

Luna nu are curele Van Allen. De asemenea, nu are atmosferă protectoare. Este deschis tuturor vântului solar. Dacă în timpul expediției lunare a existat o erupție solară puternică, atunci fluxul colosal de radiații ar incinera atât capsulele, cât și astronauții pe partea de suprafață lunară în care și-au petrecut ziua. Această radiație nu este doar periculoasă, ci și mortală!

În 1963, oamenii de știință sovietici i-au spus renumitului astronom britanic Bernard Lovell că nu știu cum să protejeze astronauții de efectele mortale ale radiațiilor cosmice. Aceasta însemna că nici măcar carcasele metalice mult mai groase ale vehiculelor rusești nu puteau face față radiațiilor. Cum ar putea, atunci, cel mai subțire metal (aproape ca folie) folosit în capsulele americane să-i protejeze pe astronauți? NASA știa că este imposibil. Maimuțele spațiale au murit la mai puțin de 10 zile după întoarcerea lor, dar NASA nu ne-a spus niciodată adevărata cauză a morții lor.

Maimuță astronaută (arhiva RGANT)

Majoritatea oamenilor, chiar și cunoscători în spațiu, nu sunt conștienți de existența radiațiilor mortale care pătrund în întinderile sale. Destul de ciudat (și poate doar din motive care pot fi ghicite), în „Enciclopedia ilustrată a tehnologiei spațiale” americană expresia „radiație cosmică” nu apare nici măcar o dată. Și, în general, cercetătorii americani (în special cei asociați cu NASA) ocolesc acest subiect la o milă distanță.

Între timp, Lovell, după ce a discutat cu colegii ruși care știau perfect despre radiațiile cosmice, i-a trimis informațiile pe care le avea administratorului NASA Hugh Dryden, dar acesta a ignorat-o.

Unul dintre astronauții care ar fi vizitat Luna, Collins, a menționat radiația cosmică doar de două ori în cartea sa:

„Cel puțin Luna se afla în afara centurilor Van Allen ale pământului, ceea ce însemna o doză bună de radiații pentru cei care erau acolo și o doză mortală pentru cei care zăboveau”.

„Astfel, centurile de radiații Van Allen care înconjoară Pământul și posibilitatea de erupții solare necesită înțelegere și pregătire pentru a nu expune echipajul la doze crescute de radiații.”

Deci, ce înseamnă „înțelegerea și pregătirea”? Înseamnă asta că dincolo de centurile Van Allen, restul spațiului este liber de radiații? Sau a avut NASA o strategie secretă pentru a se ascunde de erupțiile solare după ce a fost luată decizia finală privind expediția?

NASA a susținut că poate prezice pur și simplu erupțiile solare și, prin urmare, a trimis astronauți pe Lună atunci când nu erau așteptate erupții, iar pericolul de radiație pentru ei era minim.

În timp ce Armstrong și Aldrin făceau lucrări în spațiu

pe suprafața lunii, Michael Collins

era pe orbită (arhiva NASA)

Cu toate acestea, alți experți susțin: „Este posibil doar să se prezică data aproximativă a viitoarei radiații maxime și densitatea acestora”.

Cosmonautul sovietic Leonov a mers totuși în spațiul cosmic în 1966 - totuși, într-un costum de plumb super-greu. Dar după numai trei ani, astronauții americani săreau pe suprafața Lunii și nu în costume spațiale super-grele, ci dimpotrivă! Poate de-a lungul anilor, specialiștii NASA au reușit să găsească un fel de material ultraușor care să protejeze în mod fiabil împotriva radiațiilor?

Cu toate acestea, cercetătorii descoperă brusc că cel puțin Apollo 10, Apollo 11 și Apollo 12 au pornit exact în acele perioade în care numărul de pete solare și activitatea solară corespunzătoare se apropiau de maxim. Maximul teoretic general acceptat al celui de-al 20-lea ciclu solar a durat din decembrie 1968 până în decembrie 1969. În această perioadă, misiunile Apollo 8, Apollo 9, Apollo 10, Apollo 11 și Apollo 12 ar fi trecut dincolo de zona de protecție a centurilor Van Allen și au intrat în spațiul circumlunar.

Studii suplimentare ale graficelor lunare au arătat că erupțiile solare unice sunt un fenomen aleatoriu care are loc spontan pe un ciclu de 11 ani. Se mai întâmplă ca în perioada „joasă” a ciclului să se întâmple un numar mare de clipește într-o perioadă scurtă de timp, iar în perioada „înaltă” - o cantitate foarte mică. Dar ceea ce este important este că focare foarte puternice pot apărea în orice moment al ciclului.

În timpul erei Apollo, astronauții americani au petrecut un total de aproape 90 de zile în spațiu. Deoarece radiațiile de la erupțiile solare imprevizibile ajung pe Pământ sau pe Lună în mai puțin de 15 minute, singura modalitate de a vă proteja împotriva acesteia ar fi cu ajutorul containerelor de plumb. Dar dacă puterea rachetei a fost suficientă pentru a ridica asemenea greutate excesiva, atunci de ce a trebuit să meargă în spațiu în capsule subțiri (literalmente 0,1 mm de aluminiu) la o presiune de 0,34 atmosfere?

Acest lucru se întâmplă în ciuda faptului că chiar și un strat subțire de acoperire de protecție, numit „Mylar”, conform echipajului Apollo 11, s-a dovedit a fi atât de greu încât a trebuit să fie spălat urgent de pe modulul lunar!

Se pare că NASA a selectat băieți speciali pentru expedițiile lunare, totuși adaptați circumstanțelor, turnați nu din oțel, ci din plumb. Cercetătorul american al problemei, Ralph Rene, nu a fost prea leneș să calculeze cât de des fiecare dintre presupusele expediții lunare a trebuit să cadă sub activitate solară.

Apropo, unul dintre angajații autorizați ai NASA (un fizician distins, de altfel) Bill Modlin, în lucrarea sa „Prospects for Interstellar Travel” a raportat sincer: „Rachetele solare pot emite protoni GeV în același interval de energie ca majoritatea particulelor cosmice, dar mult mai intens . O creștere a energiei lor cu radiații sporite este un pericol deosebit, deoarece protonii GeV penetrează câțiva metri de material... Erupțiile solare (sau stelare) cu eliberarea de protoni sunt un pericol foarte serios care apare periodic în spațiul interplanetar, ceea ce oferă o doza de radiație de sute de mii de roentgen la câteva ore distanță de la Soare la Pământ. O astfel de doză este letală și este de milioane de ori mai mare decât doza admisă. Moartea poate apărea după 500 de roentgens într-o perioadă scurtă de timp.

Da, băieții americani curajoși au trebuit să strălucească mai rău decât a patra unitate electrică de la Cernobîl. „Particulele cosmice sunt periculoase, vin din toate direcțiile și necesită cel puțin doi metri de ecranare densă în jurul oricăror organisme vii”. Dar capsulele spațiale, pe care NASA le demonstrează până astăzi, aveau puțin mai mult de 4 m în diametru. Cu grosimea peretelui recomandată de Modlin, astronauții, chiar și fără echipament, nu s-ar fi urcat în ele, ca să nu mai vorbim de faptul că nu ar fi suficient combustibil pentru a ridica astfel de capsule. Însă, evident, nici conducerea NASA, nici astronauții pe care i-au trimis pe Lună nu au citit cărțile colegului lor și, fiind într-o ignoranță fericită, au depășit toți spinii pe drumul spre stele.

Cu toate acestea, poate că NASA chiar a dezvoltat un fel de costume spațiale ultradurabile pentru ei, folosind material ultra-ușor (în mod clar, foarte clasificat) care protejează împotriva radiațiilor? Dar de ce nu a fost folosit în altă parte, după cum se spune, în scopuri pașnice? Ei bine, nu au vrut să ajute URSS cu Cernobîl: la urma urmei, perestroika încă nu începuse. Dar până la urmă, de exemplu, în 1979, în aceeași SUA, la centrala nucleară Three Mile Island, a avut loc un accident major în blocul reactorului, care a dus la topirea miezului reactorului. Așadar, de ce nu au folosit lichidatorii americani costume spațiale bazate pe tehnologia NASA mult-aflată în valoare de nu mai puțin de 7 milioane de dolari pentru a elimina această mină nucleară cu acțiune întârziată de pe teritoriul lor?...

Radiația cosmică este o mare problemă pentru proiectanții de nave spațiale. Ei caută să protejeze astronauții de aceasta, care vor fi pe suprafața Lunii sau vor pleca în călătorii lungi în adâncurile universului. Dacă nu este asigurată protecția necesară, atunci aceste particule, zburând cu viteză mare, vor pătrunde în corpul astronautului, îi vor deteriora ADN-ul, ceea ce poate crește riscul de cancer. Din păcate, până acum, toate metodele cunoscute de protecție sunt fie ineficiente, fie impracticabile.
Materialele folosite în mod tradițional pentru construirea navelor spațiale, cum ar fi aluminiul, captează unele particule cosmice, dar este nevoie de o protecție mai solidă pentru anii de zbor spațial.
Agenția Aerospațială a SUA (NASA) preia de bunăvoie cele mai extravagante, la prima vedere, idei. La urma urmei, nimeni nu poate prezice cu siguranță care dintre ei se va transforma într-o zi într-o descoperire serioasă în cercetarea spațială. Agenția are un institut special pentru concepte avansate (NASA Institute for Advanced Concepts – NIAC), menit să acumuleze tocmai astfel de dezvoltări – pe termen foarte lung. Prin acest institut, NASA distribuie granturi diverselor universități și institute – pentru dezvoltarea „prostiilor strălucitoare”.
Următoarele opțiuni sunt în prezent explorate:

Protejat de anumite materiale. Unele materiale, cum ar fi apa sau polipropilena, au proprietăți de protecție bune. Dar pentru a proteja nava spațială cu ei, vor fi necesare multe dintre ele, greutatea navei va deveni inacceptabil de mare.
În prezent, angajații NASA au dezvoltat un nou material rezistent legat de polietilenă, care va fi folosit la asamblare. nave spațiale viitor. „Plasticul spațial” va putea proteja astronauții de radiațiile cosmice mai bine decât ecranele metalice, dar mult mai ușor decât metalele cunoscute. Experții sunt convinși că, atunci când materialului i se acordă o rezistență suficientă la căldură, va fi chiar posibil să se facă din acesta piele de nave spațiale.
Se credea că doar o carcasă metalică ar permite unei nave spațiale cu echipaj să treacă prin centurile de radiații ale Pământului - fluxuri de particule încărcate reținute de câmpul magnetic din apropierea planetei. În timpul zborurilor către ISS, acest lucru nu a fost întâlnit, deoarece orbita stației este vizibil mai scăzută zonă periculoasă. În plus, astronauții sunt amenințați de fulgerări asupra Soarelui - o sursă de raze gamma și X, iar detaliile navei în sine sunt capabile de radiații secundare - din cauza dezintegrarii radioizotopilor formați în timpul „primei întâlniri” cu radiația.
Oamenii de știință cred acum că noul plastic RXF1 face față mai bine problemelor enumerate, iar densitatea scăzută nu este ultimul argument în favoarea sa: capacitatea de transport a rachetelor nu este încă suficient de mare. Rezultatele testelor de laborator în care a fost comparat cu aluminiul sunt cunoscute: RXF1 poate rezista de trei ori mai multă sarcină la o densitate de trei ori mai mică și captează mai multe particule de mare energie. Polimerul nu a fost încă patentat, așa că metoda de fabricare a acestuia nu este raportată. Este raportat de Lenta.ru cu referire la science.nasa.gov.

structuri gonflabile. Modulul gonflabil, realizat din plastic RXF1 foarte durabil, nu numai că va fi mai compact la lansare, ci și mai ușor decât o structură de oțel dintr-o singură bucată. Desigur, dezvoltatorii săi vor trebui să ofere suficient protecţie fiabilă de la micrometeoriți, cuplate cu „deșeuri spațiale”, dar nu este nimic fundamental imposibil în asta.
Ceva este deja acolo - aceasta este o navă privată gonflabilă fără pilot Genesis II este deja pe orbită. Lansat în 2007 de o rachetă rusă Dnepr. Mai mult, masa sa este destul de impresionantă pentru un dispozitiv creat de o companie privată - peste 1300 kg.

CSS (Commercial Space Station) Skywalker este un proiect comercial al unei stații orbitale gonflabile. Pentru a sprijini proiectul, NASA alocă circa 4 miliarde de dolari pentru 20110 - 2013. Vorbim despre dezvoltarea de noi tehnologii pentru module gonflabile pentru explorarea spațiului și corpurile cerești ale sistemului solar.

Cât va costa structura gonflabilă nu este raportat. Dar costurile totale pentru dezvoltarea noilor tehnologii au fost deja anunțate. În 2011, în aceste scopuri vor fi alocate 652 milioane dolari, în 2012 (dacă bugetul nu este revizuit din nou) - 1262 milioane dolari, în 2013 - 1808 milioane dolari. experiență tristă„Constellation”, care a ieșit din termene și estimări, fără a se concentra pe un singur program de amploare.
Module gonflabile, dispozitive automate de andocare, sisteme de stocare a combustibilului pe orbită, module autonome suport vital și complexe care asigură aterizarea pe alte corpuri cerești. Aceasta este doar o mică parte din sarcinile care sunt acum stabilite NASA pentru a rezolva problema aterizării unui om pe Lună.

Protectie magnetica si electrostatica. Magneții puternici pot fi folosiți pentru a devia particulele zburătoare, dar magneții sunt foarte grei și încă nu se știe cât de periculos va fi un câmp magnetic suficient de puternic pentru a reflecta radiația cosmică pentru astronauți.

Nava spațială sau stație de pe suprafața Lunii cu protecție magnetică. Un magnet supraconductor toroidal cu o intensitate a câmpului nu va permite ca majoritatea razelor cosmice să pătrundă în cabina de pilotaj situată în interiorul magnetului și, prin urmare, va reduce dozele totale de radiație de la radiația cosmică de zeci sau mai multe ori.

Proiectele promițătoare ale NASA sunt un scut de radiații electrostatice pentru baza lunară și un telescop lunar cu oglindă lichidă (ilustrări de pe spaceflightnow.com).

Soluții Biomedicale. Corpul uman este capabil să repare daunele ADN-ului cauzate de doze mici de radiații. Dacă această abilitate este îmbunătățită, astronauții vor putea suporta expunerea prelungită la radiațiile cosmice. Mai mult

Protecție cu hidrogen lichid. NASA are în vedere utilizarea rezervoarelor de combustibil pentru nave spațiale care conțin hidrogen lichid care pot fi plasate în jurul compartimentului echipajului ca scut împotriva radiațiilor spațiale. Această idee se bazează pe faptul că radiația cosmică pierde energie atunci când se ciocnește cu protonii altor atomi. Deoarece atomul de hidrogen are un singur proton în nucleu, protonul fiecăruia dintre nucleele sale „încetinește” radiația. În elementele cu nuclee mai grele, unii protoni îi blochează pe alții, astfel încât razele cosmice nu ajung la ei. Protecția cu hidrogen poate fi asigurată, dar nu suficientă pentru a preveni riscurile de cancer.

Biocostumul. Acest proiect Bio-Suit este dezvoltat de un grup de profesori și studenți de la Massachusetts Institute of Technology (MIT). „Bio” - în acest caz, nu înseamnă biotehnologie, ci ușurință, comoditate neobișnuită pentru costumele spațiale și undeva chiar imperceptibilitatea carcasei, care este, parcă, o continuare a corpului.
În loc să coaseți și să lipiți costumul spațial din bucăți separate din diverse țesături, acesta va fi pulverizat direct pe pielea unei persoane sub forma unui spray care se întărește rapid. Adevărat, casca, mănușile și bocancii vor rămâne în continuare tradiționale.
Tehnologia unei astfel de pulverizări (un polimer special este folosit ca material) este deja testată de armata SUA. Acest proces se numește Electrospinlacing, este elaborat de specialiștii de la Centrul de Cercetare al Armatei SUA - Centrul de sisteme Soldier, Natick.
Într-un mod simplificat, putem spune că cele mai mici picături sau fibre scurte ale polimerului capătă o sarcină electrică și, sub influența unui câmp electrostatic, se grăbesc către ținta lor - un obiect care trebuie acoperit cu o peliculă - unde acestea formează o suprafață topită. Oamenii de știință de la MIT intenționează să creeze ceva similar, dar capabil să creeze o peliculă etanșă și umedă pe corpul unei persoane vii. După întărire, pelicula capătă o rezistență ridicată, menținând în același timp o elasticitate suficientă pentru mișcarea brațelor și picioarelor.
Trebuie adăugat că proiectul prevede o opțiune când mai multe straturi diferite vor fi pulverizate pe corp în acest fel, alternând cu o varietate de electronice încorporate.

Linia de dezvoltare a costumelor spațiale în viziunea oamenilor de știință MIT (ilustrare de pe site-ul mvl.mit.edu).

Iar inventatorii biocostumei vorbesc și despre auto-strângerea promițătoare a filmelor polimerice cu daune minore.
Când acest lucru devine posibil, chiar și doamna profesor Dava Newman însăși nu se angajează să prezică. Poate peste zece ani, poate peste cincizeci.

Dar la urma urmei, dacă nu începi acum să mergi către acest rezultat, „viitorul fantastic” nu va veni.

Unul dintre principalii factori biologici negativi ai spațiului cosmic, alături de imponderabilitate, este radiația. Dar dacă situația cu imponderabilitate pe diferite corpuri ale sistemului solar (de exemplu, pe Lună sau Marte) este mai bună decât pe ISS, atunci lucrurile sunt mai complicate cu radiația.

După originea sa, radiația cosmică este de două tipuri. Este format din raze cosmice galactice (GCR) și protoni grei încărcați pozitiv care emană de la Soare. Aceste două tipuri de radiații interacționează între ele. În perioada de activitate solară, intensitatea razelor galactice scade și invers. Planeta noastră este protejată de vântul solar printr-un câmp magnetic. În ciuda acestui fapt, unele dintre particulele încărcate ajung în atmosferă. Rezultatul este un fenomen cunoscut sub numele de aurora. GCR-urile de înaltă energie aproape că nu sunt prinse de magnetosferă, dar nu ajung la suprafața Pământului în cantități periculoase din cauza atmosferei sale dense. Orbita ISS se află deasupra straturilor dense ale atmosferei, dar în interiorul centurilor de radiații ale Pământului. Din această cauză, nivelul radiației cosmice la stație este mult mai mare decât pe Pământ, dar semnificativ mai scăzut decât în ​​spațiul cosmic. În ceea ce privește proprietățile sale protectoare, atmosfera Pământului este aproximativ echivalentă cu un strat de plumb de 80 de centimetri.

Singura sursă sigură de date privind doza de radiații care poate fi obținută în timpul unui zbor spațial lung și pe suprafața lui Marte este instrumentul RAD de la stația de cercetare Mars Science Laboratory, mai cunoscută sub numele de Curiosity. Pentru a înțelege cât de exacte sunt datele pe care le-a colectat, să ne uităm mai întâi la ISS.

În septembrie 2013, în revista Science a fost publicat un articol despre rezultatele instrumentului RAD. Un grafic comparativ de la Jet Propulsion Laboratory al NASA (o organizație care nu este afiliată cu experimente pe ISS, dar care lucrează cu instrumentul RAD al lui Curiosity) arată că o persoană primește o doză de radiații de aproximativ 80 mSv (milisievert) în timpul unei șederi de șase luni pe un -Stația spațială terestră). Dar într-o publicație din 2006 a Universității Oxford (ISBN 978-0-19-513725-5) se spune că un astronaut de pe ISS primește în medie 1 mSv pe zi, adică o doză de șase luni ar trebui să fie de 180 mSv. Ca rezultat, vedem o împrăștiere uriașă în estimarea nivelului de expunere în orbita joasă a Pământului, studiată îndelung.

Principalele cicluri solare au o perioadă de 11 ani, iar din moment ce GCR și vântul solar sunt interdependente, pentru observații fiabile statistic, este necesar să se studieze datele de radiație în diferite părți ale ciclului solar. Din păcate, după cum am menționat mai sus, toate datele pe care le avem despre radiația spațială au fost colectate în primele opt luni ale anului 2012 de către sonda spațială MSL în drum spre Marte. Informațiile despre radiațiile de pe suprafața planetei au fost acumulate de el în anii următori. Acest lucru nu înseamnă că datele sunt incorecte. Trebuie doar să înțelegeți că acestea pot reflecta doar caracteristicile unei perioade limitate de timp.

Cele mai recente date din instrumentul RAD au fost publicate în 2014. Potrivit oamenilor de știință de la Jet Propulsion Laboratory al NASA, o persoană va primi o doză medie de radiație de aproximativ 120 mSv în timpul unei șederi de șase luni pe suprafața lui Marte. Această cifră se află la mijloc între estimările inferioare și superioare ale dozei de radiații pe ISS. În timpul zborului către Marte, dacă durează și jumătate de an, doza de radiații va fi de 350 mSv, adică de 2-4,5 ori mai mult decât pe ISS. În timpul zborului, MSL a experimentat cinci erupții solare de putere moderată. Nu știm cu siguranță câte radiații vor primi astronauții pe Lună, deoarece în timpul programului Apollo nu au existat experimente care să studieze radiațiile cosmice separat. Efectele sale au fost studiate numai împreună cu efectele altor fenomene negative, cum ar fi influența prafului lunar. Cu toate acestea, se poate presupune că doza va fi mai mare decât pe Marte, deoarece Luna nu este protejată nici măcar de o atmosferă slabă, ci mai mică decât în ​​spațiul cosmic, deoarece o persoană de pe Lună va fi iradiată doar "de sus" și „din lateral”, dar nu de sub picioare./

În concluzie, se poate observa că radiația este problema care va necesita cu siguranță o soluție în cazul colonizării sistemului solar. Cu toate acestea, opinia larg răspândită că mediul de radiații din afara magnetosferei Pământului nu permite zboruri spațiale pe termen lung este pur și simplu nu este adevărată. Pentru un zbor spre Marte, va fi necesar să se instaleze un strat de protecție fie pe întregul modul de locuit al complexului de zbor spațial, fie pe un compartiment separat, special protejat „furtună”, în care astronauții pot aștepta averse de protoni. Acest lucru nu înseamnă că dezvoltatorii vor trebui să utilizeze sisteme complexe anti-radiații. Pentru a reduce semnificativ nivelul de expunere, este suficient înveliș termoizolant, care este folosit pe vehiculele de coborâre a navelor spațiale pentru a proteja împotriva supraîncălzirii în timpul frânării în atmosfera Pământului.

bandă spațială

Toate organismele din momentul apariției lor pe Pământ au existat, s-au dezvoltat și au evoluat sub influența constantă a radiațiilor. Radiația este la fel de naturală un fenomen natural cum ar fi vântul, fluxul și refluxul, ploaia etc.

Fondul de radiații naturale (NRF) a fost prezent pe Pământ în toate etapele formării sale. A trecut cu mult înainte să apară viața și apoi biosfera. Radioactivitatea și radiațiile ionizante care o însoțeau au fost un factor care a influențat de ultimă oră biosferei, evoluția Pământului, viața pe Pământ și compoziția elementară a sistemului solar. Orice organism este expus la fondul de radiații caracteristic zonei. Până în anii 1940 s-a datorat a doi factori: dezintegrarea radionuclizilor de origine naturală, localizați atât în ​​habitatul unui anumit organism, cât și în organismul însuși, și razele cosmice.

Sursele de radiatii naturale (naturale) sunt spatiul si radionuclizii naturali continuti in forma naturala si concentratie in toate obiectele biosferei: sol, apa, aer, minerale, organisme vii etc. Oricare dintre obiectele din jurul nostru si pe noi insine in sens absolut cuvintele sunt radioactive.

Populația lumii primește principala doză de radiații din surse naturale de radiații. Cele mai multe dintre ele sunt de așa natură încât este absolut imposibil să se evite radiațiile de la ele. De-a lungul istoriei existenței Pământului, diverse tipuri de radiații pătrund la suprafața pământului din spațiu și provin din substanțe radioactive situate în scoarța terestră. O persoană este expusă la radiații în două moduri. Substanțele radioactive pot fi în afara corpului și îl iradiază din exterior (în acest caz se vorbește de radiații externe) sau pot fi în aerul pe care o persoană îl respiră, în alimente sau apă și ajung în interiorul corpului (această metodă de iradiere este numite interne).

Orice locuitor al Pământului este expus la radiații din surse naturale de radiații. Depinde, parțial, de locul în care locuiesc oamenii.Nivelul de radiație în unele locuri de pe glob, în ​​special acolo unde apar rocile radioactive, este mult mai mare decât media, iar în alte locuri este mai scăzut. Sursele terestre de radiații împreună sunt responsabile pentru cea mai mare parte a expunerii la care o persoană este expusă din cauza radiațiilor naturale. În medie, acestea furnizează mai mult de 5/6 din doza anuală efectivă echivalentă primită de populație, în principal din cauza expunerii interne. Restul este contribuit de razele cosmice, în principal prin iradiere externă.

Fondul de radiație natural este format din radiațiile cosmice (16%) și radiațiile create de radionuclizi împrăștiați în natură conținute în scoarța terestră, aerul de suprafață, sol, apă, plante, produse alimentare, în organismele animale și umane (84%). Fondul de radiații artificial este asociat în principal cu procesarea și mișcarea rocilor, arderea cărbunelui, petrolului, gazului și a altor combustibili fosili, precum și cu testarea arme nucleareși energie nucleară.

Fondul de radiație naturală este un factor integral mediu inconjurator care are un impact semnificativ asupra vieții umane. Fondul de radiație naturală variază foarte mult în diferite regiuni ale Pământului. Doza echivalentă în corpul uman este în medie de 2 mSv = 0,2 rem. Dezvoltarea evolutivă arată că, în condiții de fundal natural, sunt asigurate condiții optime pentru viața oamenilor, animalelor și plantelor. Prin urmare, la evaluarea pericolului datorat radiatii ionizante, este esențial să cunoaștem natura și nivelurile de expunere din diferite surse.

Deoarece radionuclizii, ca orice atom, formează anumiți compuși în natură și, în conformitate cu lor proprietăți chimice fac parte din anumite minerale, atunci distribuția radionuclizilor naturali în scoarța terestră este neuniformă. Radiația cosmică, așa cum sa menționat mai sus, depinde și de o serie de factori și poate diferi de mai multe ori. Astfel, fondul de radiații naturale în diferite locuri ale globului este diferit. Acest lucru este legat de condiționalitatea conceptului de „fond normal de radiații”: odată cu înălțimea deasupra nivelului mării, fondul crește din cauza radiației cosmice, în locurile în care granitele sau nisipurile bogate în toriu ies la suprafață, fondul de radiație este de asemenea mai mare. , și așa mai departe. Prin urmare, putem vorbi doar despre mediul de fond natural al radiațiilor pentru o anumită zonă, teritoriu, țară etc.

Valoarea medie a dozei efective primite de un locuitor al planetei noastre din surse naturale pe an este 2,4 mSv .

Aproximativ 1/3 din această doză se formează din cauza radiațiilor externe (aproximativ în mod egal din spațiu și din radionuclizi) iar 2/3 se datorează expunerii interne, adică radionuclizi naturali aflați în interiorul corpului nostru. Activitatea specifică medie a unei persoane este de aproximativ 150 Bq/kg. Radiația naturală de fond (expunerea externă) la nivelul mării este în medie de aproximativ 0,09 µSv/h. Aceasta corespunde la aproximativ 10 uR/h.

radiații cosmice este un flux de particule ionizante care cade pe Pământ din spațiul cosmic. Compoziția radiațiilor cosmice include:

Radiația cosmică este formată din trei componente care diferă ca origine:

1) radiația particulelor captate de câmpul magnetic al Pământului;

2) radiația cosmică galactică;

3) radiația corpusculară a Soarelui.

Radiația particulelor încărcate captate de câmpul magnetic al Pământului - la o distanță de 1,2-8 razele Pământului sunt așa-numitele centuri de radiații care conțin protoni cu o energie de 1-500 MeV (în principal 50 MeV), electroni cu o energie de aproximativ 0,1 -0,4 MeV și o cantitate mică de particule alfa.

Compus. Razele cosmice galactice constau în principal din protoni (79%) și particule α (20%), ceea ce reflectă prevalența hidrogenului și a heliului în Univers. Dintre ionii grei, ionii de fier sunt de cea mai mare importanță datorită intensității relativ mari și numărului atomic mare.

Origine. Sursele razelor cosmice galactice sunt erupțiile stelare, exploziile supernovelor, accelerația pulsarilor, exploziile nucleelor ​​galactice etc.

Durata de viață. Durata de viață a particulelor din radiația cosmică este de aproximativ 200 de milioane de ani. Particulele sunt reținute de câmpul magnetic al spațiului interstelar.

Interacțiunea cu atmosfera . Intrând în atmosferă, razele cosmice interacționează cu atomii de azot, oxigen și argon. Ciocnirile particulelor cu electronii apar mai des decât cu nucleele, dar particulele de înaltă energie pierd puțină energie. În ciocnirile cu nucleele, particulele părăsesc aproape întotdeauna fluxul, astfel încât atenuarea radiației primare se datorează aproape în întregime reacțiilor nucleare.

Când protonii se ciocnesc de nuclee, neutronii și protonii sunt scoși din nuclee și au loc reacții de fisiune nucleară. Particulele secundare rezultate au o energie considerabilă și ele induc aceeași reactii nucleare, adică se formează o întreagă cascadă de reacții, se formează un așa-numit duș de aer extins. O particulă primară de înaltă energie poate da naștere unui ploaie care include zece generații succesive de reacții în care se nasc milioane de particule.

Nuclei și nucleoni noi, care alcătuiesc componenta nuclear-activă a radiației, se formează în principal în straturile superioare ale atmosferei. În partea inferioară, fluxul de nuclee și protoni este slăbit semnificativ din cauza coliziunilor nucleare și a pierderilor de ionizare în continuare. La nivelul mării, formează doar câteva procente din rata dozei.

Radionuclizi cosmogeni

Ca urmare a reacțiilor nucleare sub influența razelor cosmice în atmosferă și parțial în litosferă, se formează nuclee radioactive. Dintre acestea, cea mai mare contribuție la crearea dozei o au (β-emițători: 3 H (T 1/2 = 12,35 ani), 14 C (T 1/2 = 5730 ani), 22 Na (T 1/ 2 = 2,6 ani) - pătrunderea în corpul uman cu alimente.După cum rezultă din datele prezentate, carbon-14 are cea mai mare contribuție la expunere.Un adult consumă ~ 95 kg de carbon pe an cu alimente.

radiatie solara, constând din radiatie electromagnetica până la raze X, protoni și particule alfa;

Tipurile de radiații enumerate sunt primare, ele dispar aproape complet la o înălțime de aproximativ 20 km din cauza interacțiunii cu straturile superioare ale atmosferei. În acest caz, se formează radiația cosmică secundară, care ajunge la suprafața Pământului și afectează biosfera (inclusiv oamenii). Compoziția radiației secundare include neutroni, protoni, mezoni, electroni și fotoni.

Intensitatea radiației cosmice depinde de o serie de factori:

Modificări ale fluxului de radiații galactice,

activitatea soarelui,

latitudine geografică,

Înălțimi deasupra nivelului mării.

În funcție de înălțime, intensitatea radiației cosmice crește brusc.

Radionuclizi ai scoarței terestre.

În scoarța terestră sunt împrăștiați izotopi cu viață lungă (cu un timp de înjumătățire de miliarde de ani), care nu au avut timp să se descompună în timpul existenței planetei noastre. S-au format, probabil, concomitent cu formarea planetelor sistemului solar (izotopi relativ de scurtă durată s-au degradat complet). Acești izotopi sunt numiți naturali substanțe radioactive, aceasta înseamnă cele care s-au format și sunt în mod constant reformate fără participarea umană. În descompunere, formează izotopi intermediari, de asemenea radioactivi.

Sursele externe de radiații sunt peste 60 de radionuclizi naturali localizați în biosfera Pământului. Elementele radioactive naturale sunt conținute în cantități relativ mici în toate învelișurile și în nucleul Pământului. De o importanță deosebită pentru oameni sunt elementele radioactive ale biosferei, adică. acea parte a învelișului Pământului (lito-, hidro- și atmosferă) în care se află microorganismele, plantele, animalele și oamenii.

De miliarde de ani a existat un proces constant de descompunere radioactivă a nucleelor ​​instabile ale atomilor. Ca urmare, radioactivitatea totală a materiei Pământului, roci a scăzut treptat. Izotopii cu viață relativ scurtă s-au degradat complet. Se păstrează în principal elemente cu un timp de înjumătățire măsurat în miliarde de ani, precum și produse secundare relativ scurte ale dezintegrarii radioactive, rezultând lanțuri succesive de transformări, așa-numitele familii. elemente radioactive. În scoarța terestră, radionuclizii naturali pot fi mai mult sau mai puțin uniform dispersați sau concentrați sub formă de depozite.

Radionuclizi naturali (naturali). poate fi împărțit în trei grupe:

Radionuclizi aparținând familiilor radioactive (serie),

Alți radionuclizi (care nu aparțin familiilor radioactive) incluși în scoarța terestră în timpul formării planetei,

Radionuclizii s-au format sub acțiunea radiațiilor cosmice.

În timpul formării Pământului, împreună cu nuclizii stabili, radionuclizii au intrat și ei în compoziția scoarței sale. Majoritatea acestor radionuclizi aparțin așa-numitelor familii (serie) radioactive. Fiecare rând este un lanț de transformări radioactive succesive, atunci când nucleul format în timpul dezintegrarii nucleului părinte, la rândul său, se descompune, generând din nou un nucleu instabil etc. Începutul unui astfel de lanț este un radionuclid care nu este format din un alt radionuclid, dar este conținut în scoarța terestră și în biosferă încă de la nașterea lor. Acest radionuclid se numește strămoș și întreaga familie (serie) poartă numele lui. În total, există trei strămoși în natură - uraniu-235, uraniu-238 și toriu-232 și, în consecință, trei serii radioactive - două uraniu și toriu. Toate rândurile se termină cu izotopi stabili de plumb.

Toriul are cel mai lung timp de înjumătățire (14 miliarde de ani), așa că a fost păstrat aproape complet de la apariția Pământului. Uraniul-238 s-a degradat într-o mare măsură, marea majoritate a uraniului-235 s-a degradat și întregul izotop al neptuniului-232 s-a degradat. Din acest motiv, în scoarța terestră există mult toriu (de aproape 20 de ori mai mult decât uraniul), iar uraniul-235 este de 140 de ori mai puțin decât uraniul-238. Deoarece strămoșul celei de-a patra familii (neptunium) s-a dezintegrat complet de la apariția Pământului, este aproape absent în roci. Au fost găsite urme de neptuniu în minereuri de uraniu. Dar originea sa este secundară și se datorează bombardării nucleelor ​​de uraniu-238 de către neutroni de raze cosmice. Acum neptuniul este obținut folosind reacții nucleare artificiale. Pentru ecologist nu are niciun interes.

Aproximativ 0,0003% (după diverse surse 0,00025-0,0004%) din masa scoarței terestre este uraniu. Adică, un metru cub din cel mai comun sol conține în medie 5 grame de uraniu. Există locuri în care această cantitate este de mii de ori mai mare - acestea sunt zăcăminte de uraniu. Un metru cub de apă de mare conține aproximativ 1,5 mg de uraniu. Acest lucru natural element chimic Este reprezentat de doi izotopi -238U și 235U, fiecare dintre care strămoșul propriei serii radioactive. Marea majoritate a uraniului natural (99,3%) este uraniu-238. Acest radionuclid este foarte stabil, probabilitatea dezintegrarii sale (și anume, dezintegrarea alfa) este foarte mică. Această probabilitate este caracterizată de un timp de înjumătățire de 4,5 miliarde de ani. Adică de la formarea planetei noastre, numărul acesteia s-a înjumătățit. Din aceasta, la rândul său, rezultă că fondul de radiații pe planeta noastră era odinioară mai mare. Lanțuri de transformări radioactive care generează radionuclizi naturali din seria uraniului:

Seria radioactivă include atât radionuclizi cu viață lungă (adică radionuclizi cu un timp de înjumătățire lung), cât și cei cu viață scurtă, dar toți radionuclizii din serie există în natură, chiar și cei care se degradează rapid. Acest lucru se datorează faptului că de-a lungul timpului a fost stabilit un echilibru (așa-numitul „echilibru secular”) - rata de dezintegrare a fiecărui radionuclid este egală cu viteza de formare a acestuia.

Există radionuclizi naturali care au intrat în compoziția scoarței terestre în timpul formării planetei și care nu aparțin seriei uraniului sau toriului. Primul este potasiu-40. Conținutul de 40 K în scoarța terestră este de aproximativ 0,00027% (masă), timpul de înjumătățire este de 1,3 miliarde de ani. Nuclidul fiică, calciul-40, este stabil. Potasiul-40 se găsește în cantități semnificative în plante și organismele vii, aducând o contribuție semnificativă la doza internă totală de expunere umană.

Potasiul natural conține trei izotopi: potasiu-39, potasiu-40 și potasiu-41, dintre care doar potasiul-40 este radioactiv. Raportul cantitativ al acestor trei izotopi din natură arată astfel: 93,08%, 0,012% și 6,91%.

Potasiul-40 se descompune în două moduri. Aproximativ 88% dintre atomii săi suferă radiații beta și se transformă în atomi de calciu-40. Restul de 12% dintre atomi, care experimentează captarea K, se transformă în atomi de argon-40. Metoda potasiu-argon pentru determinarea vârstei absolute a rocilor și mineralelor se bazează pe această proprietate a potasiului-40.

Al treilea grup de radionuclizi naturali sunt radionuclizi cosmogeni. Acești radionuclizi sunt formați din radiația cosmică de la nuclizi stabili ca rezultat al reacțiilor nucleare. Acestea includ tritiu, beriliu-7, carbon-14, sodiu-22. De exemplu, reacțiile nucleare de formare a tritiului și carbonului-14 din azot sub acțiunea neutronilor cosmici:

Carbonul ocupă un loc special printre radioizotopii naturali. Carbonul natural este format din doi izotopi stabili, printre care predomină carbonul-12 (98,89%). Restul este reprezentat aproape în întregime de izotopul carbon-13 (1,11%).

Pe lângă izotopii stabili ai carbonului, sunt cunoscuți încă cinci radioactivi. Patru dintre ele (carbon-10, carbon-11, carbon-15 și carbon-16) au timpi de înjumătățire foarte scurt (secunde și fracțiuni de secundă). Al cincilea radioizotop, carbon-14, are un timp de înjumătățire de 5730 de ani.

În natură, concentrația de carbon-14 este extrem de scăzută. De exemplu, în plantele moderne, un atom al acestui izotop reprezintă 109 atomi de carbon-12 și carbon-13. Cu toate acestea, odată cu apariția armelor atomice și a tehnologiei nucleare, carbonul-14 este obținut artificial prin interacțiunea neutronilor lenți cu azotul atmosferic, astfel încât cantitatea sa este în continuă creștere.

Există o anumită convenție cu privire la punctul de vedere al fundalului care este considerat „normal”. Astfel, cu o doză efectivă anuală „medie planetară” per persoană de 2,4 mSv în multe țări, această valoare este de 7-9 mSv/an. Adică, din timpuri imemoriale, milioane de oameni trăiesc în condiții de doze naturale, care sunt de câteva ori mai mari decât media. Studiile medicale și statisticile demografice arată că acest lucru nu le afectează în niciun fel viața, nu are impact negativ asupra sănătăţii lor şi asupra sănătăţii urmaşilor lor.

Vorbind despre convenționalitatea conceptului de fundal natural „normal”, se poate indica și un număr de locuri de pe planetă în care nivelul radiațiilor naturale depășește media nu numai de câteva ori, ci și de zeci de ori (tabel), zeci și sute de mii de locuitori sunt expuși acestui efect. Și aceasta este și norma, nici nu le afectează în niciun fel sănătatea. Mai mult decât atât, multe zone cu un fond ridicat de radiații au fost de secole locuri de turism de masă (cotorele maritime) și stațiuni recunoscute (Caucazian Mineralnye Vody, Karlovy Vary etc.).