Domanda:
Quali materiali offrono la migliore protezione dalle radiazioni cosmiche?
Gwen
2013-07-18 21:17:02 UTC
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Per le missioni con equipaggio a lunga distanza, come una missione su Marte, dovremo inevitabilmente proteggere gli astronauti dalle radiazioni cosmiche, specialmente in caso di esplosione solare o SEP. Quali materiali forniscono la migliore protezione dai tipi di radiazioni cosmiche ad alta energia a cui gli astronauti sarebbero esposti durante questi viaggi?

Dalla mia comprensione Marte non ha un nucleo di ferro e quindi non ha uno scudo magnetico, quindi arrivarci sarebbe solo una parte del problema. L'abitazione sostenibile sembra essere impossibile.
@Rick La schermatura dalle radiazioni non è un problema irrisolvibile. Forse stai pensando alla terraformazione? In tal caso, ci sono anche potenziali soluzioni, ma certamente al di là delle nostre attuali capacità.
Cinque risposte:
#1
+20
Robert Mason
2013-07-18 21:34:19 UTC
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C'è una buona pagina di Wikipedia a riguardo, che elenca un paio di opzioni:

  • L'acqua è una schermatura dalle radiazioni abbastanza buona (discussa anche con le radiazioni terrestri qui), ma è relativamente pesante e si consuma durante il volo.
  • Anche l'idrogeno liquido è buono e viene utilizzato come carburante, quindi sarà già a bordo. Tuttavia, anche questo viene consumato durante il volo.
  • Potremmo cambiare i materiali di cui sono fatti i veicoli spaziali. Poiché i materiali ricchi di idrogeno funzionano bene per schermare i tipi più comuni di radiazioni cosmiche, alcune plastiche potrebbero funzionare. Tuttavia, ciò richiederebbe un po 'di reingegnerizzazione per essere pratico.
  • Come ha detto JKor, i rifiuti umani funzionano bene, ma hanno problemi di "grossolanità". Tuttavia, questo è unico in quanto aumenta invece di diminuire man mano che il volo prosegue, quindi potrebbe integrare idrogeno liquido e acqua.

Uno dei maggiori problemi con la creazione di schermature extra è che tende ad essere pesante e più peso == più costo.

La pagina di Wikipedia menziona la schermatura magnetica attiva, ma a questo punto questa è principalmente un'idea teorica.

La schermatura è importante per anche missioni senza equipaggio (sebbene non così tanto), poiché le radiazioni possono avere effetti sui sistemi informatici interferendo con l'archiviazione magnetica - vedi questo articolo del National Geographic e questo comunicato stampa della NASA per un'istanza di un simile evento su Voyager 2.

#2
+14
Jon
2015-06-03 04:04:25 UTC
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Per quanto riguarda il potenziale viaggio nel nostro sistema solare, ci sono due tipi generali di radiazioni che ci preoccupano!

Il primo tipo di radiazione è la radiazione solare, che consiste principalmente di radiazioni da basse a intermedie. protoni energetici, elettroni e raggi X dalla nostra stella. Proteggeremmo i protoni con materiali a bassa massa molecolare. In genere vengono utilizzati materiali contenenti idrogeno come l'idruro di litio a causa della loro efficacia nell'arresto dei protoni e dei neutroni che potrebbero provenire dai futuri reattori e per la loro luce. Gli elettroni e i fotoni (raggi X) sono meglio fermati con materiali ad alto Z. I materiali ad alto Z sono composti da elementi che hanno molti elettroni per atomo. Mentre i materiali ad alto Z sono usati per fermare elettroni e fotoni, sono anche utili per fermare altre particelle cariche per includere l'assistenza con i protoni.

Il secondo tipo di radiazione sono i raggi cosmici galattici (GCR). I GCR sono in genere particelle massicce di energia molto elevata come atomi di carbonio e ferro. A causa della loro natura energetica e della massa di queste particelle, sono molto difficili da fermare. L'arresto dei GCR richiede strati spessi di materiali ad alto Z, che sono tipicamente densi e pesanti. La schermatura pesante è costosa e difficile da raggiungere nello spazio. Non mi spingerò fino a dire che non possiamo proteggerci dai GCR, ma dirò che il peso dei materiali di schermatura contemporanei fa sembrare che gli attuali approcci alla schermatura GCR non siano pratici.

La nostra stella è una stella di sequenza principale di tipo G, che produce elio attraverso la fusione protone-protone nel suo nucleo. A causa della dinamica di fusione nella nostra stella, i nuclidi di elio ionizzati sono il prodotto principale di questa fusione. Tuttavia, parte dell'elio prodotto dalla fusione protone-protone è esso stesso fuso, che produce carbonio. Man mano che le stelle diventano più massicce, iniziano a fondere elementi più pesanti, che possono essere espulsi nello spazio. Iron-56 è l'elemento più pesante che può essere prodotto dalle stelle tradizionali, con gli elementi più pesanti prodotti da eventi molto più energetici come una supernova.

L'energia prodotta dalla fusione di questi isotopi ionizza i gas vicino al bordo della nostra stella, producendo abbondanti quantità di protoni ed elettroni, che vengono lanciati nello spazio durante le espulsioni di massa coronale. Numericamente parlando, la maggior parte delle radiazioni dalla nostra stella e da altre stelle sono sotto forma di protoni, elettroni e fotoni, con quantità minori di nuclidi pesanti. Statisticamente parlando, più pesanti sono i nuclidi, più raro è trovarli in streaming nello spazio. Mentre parlo principalmente della nostra stella, lo stesso vale per le altre stelle, indipendentemente dalla loro massa.

Altre stelle producono effettivamente protoni, elettroni e fotoni che fluiscono nella nostra sfera di influenza solare; tuttavia, queste altre stelle emettono radiazioni in tutte le direzioni, con solo una piccolissima frazione di esse che viene espulsa nello stretto angolo del cono per arrivare al nostro sistema solare. Anche gran parte della radiazione caricata da altre stelle viene deviata dal campo magnetico del sole. Di conseguenza, la stragrande maggioranza dei protoni e degli elettroni nel nostro sistema solare sono stati espulsi dalla nostra stella e non da altre stelle e quelli che non lo sono sono per lo più della stessa energia dei protoni e degli elettroni espulsi dalla nostra stella. Per questo motivo, trascuriamo essenzialmente protoni ed elettroni non solari dai nostri calcoli di esposizione alle radiazioni perché sono trascurabili nel loro effetto sulla dose assorbita.

Tuttavia, gli elementi pesanti espulsi da eventi superenergetici come la supernova lo sono viaggiare a velocità prossime alla luce e di conseguenza, hanno un profondo effetto sui tessuti biologici e sull'elettronica che incontrano. Anche se costituiscono una frazione molto piccola del conteggio totale delle particelle per unità di volume nello spazio, gli effetti che possono avere sulla dose assorbita non sono trascurabili. Pertanto, quando parliamo di raggi cosmici galattici, generalmente parliamo di ioni pesanti energetici da eventi energetici extra-solari e non di protoni ed elettroni da normali fonti extrasolari quotidiane.

Questa è una buona risposta, ma i GCR sono ancora principalmente protoni e particelle alfa. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_ray#Types
Non sono sicuro di essere d'accordo in senso pratico. Le particelle alfa sono considerate particelle pesanti, quindi penso che sia nel contesto della definizione che ho fornito La frazione di protoni extra-solari nel nostro sistema solare è trascurabile rispetto ai protoni solari, al punto da essere al di sotto della MDA di fondo a seconda del solare condizioni. Tuttavia, l'effetto dei CGR di elio, carbonio e ferro è molto evidente nei calcoli della dose e in relazione ai livelli di fondo.
L'articolo di Wikipedia a cui ho fatto riferimento mi dà una comprensione diversa. È accurato quando dice che il 99% dei GCR sono protoni e nuclei di He? Se è così non capisco come le particelle (anche) più pesanti potrebbero essere più importanti. Ho già cercato spiegazioni migliori online senza successo. Il tuo contributo potrebbe forse essere prezioso anche in questa sezione: http://space.stackexchange.com/a/8666/4660
Espanderò il mio post per rispondere al meglio a questo senza incorrere in limitazioni di spazio per i caratteri.
In breve, questa è una definizione tra scienza e ingegneria. Protoni ed elettroni sono il prodotto più copioso di tutte le stelle, con gli ioni di massa inferiore che sono i successivi. Tuttavia, se potessi sommare tutte le particelle nel nostro sistema, la maggior parte (> 99%) proveniva dalla nostra stella, quindi trascuriamo le particelle solari extra nei calcoli. Tuttavia, gli ioni super pesanti di super-nova non possono essere trascurati, quindi in genere salviamo la definizione GCR per descrivere quelle particelle e non protoni ed elettroni dalle emissioni solari tradizionali.
La risposta espansa è abbastanza utile, ma ho posto una nuova domanda perché mi chiedo ancora la differenza fatta dai protoni di energia molto più alta dei raggi cosmici rispetto a quelli provenienti dal sole, mi sembra che debbano essere significativi nonostante siano un frazione molto piccola dei protoni là fuori. Forse non per l'elettronica, ma per le persone? Potrebbe essere questo un fattore nel modo in cui vengono eseguiti i calcoli?
Inviami un link alla tua nuova domanda, non sono riuscito a trovarlo.
Oh scusa - http://space.stackexchange.com/q/9331/4660
Ehi, commenti / collegamenti su densità, spessore ed efficacia?
#3
+7
JKor
2013-07-18 21:22:01 UTC
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Un possibile materiale menzionato in Scientific American è la materia fecale. Gli idrocarburi in esso contenuti possono assorbire le radiazioni in modo sicuro.
Tuttavia, la maggior parte del pubblico rifiuterà questa possibilità a causa del fattore di grossolanità (proprio come il riciclaggio dell'acqua purificando e igienizzando l'urina).

Se funziona, non dovrebbero funzionare anche i normali idrocarburi, invece di dover provenire dalla materia fecale?
È più praticabile utilizzare la materia fecale perché in questo modo non è necessario aumentare la massa per gli idrocarburi. L'idea menzionata in Scientific American era "esci imbottito di cibo, torna imbottito di materia fecale".
Il pubblico in generale sembra a posto con le persone della ISS che bevono sudore e urina riciclati (non posso scavare dove l'ho letto :-( Un articolo che menzionava il pubblico non era interessato ai risultati della ISS e per lo più lo ignorava).
Ci sarà materia fecale a bordo del veicolo, sia che venga utilizzato per la schermatura o meno. Deve essere conservato in qualche modo. Perché non negli spazi vuoti delle pareti? Lo stesso vale per l'acqua potabile e l'acqua "grigia". Ci sarebbe ancora bisogno di altre schermature, ma almeno questo consente di risparmiare volume interno nel veicolo spaziale - e forse anche i serbatoi separati di massa. Può essere.
#4
+3
Undo
2013-07-18 21:26:00 UTC
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Si dice che sia possibile utilizzare magneti come scudo dalle radiazioni cosmiche:

Gli astronauti che viaggiano verso la Stazione Spaziale Internazionale sono protetti da gran parte di questa radiazione dall'atmosfera terrestre poiché così come dalla sua “magnetosfera”, la bolla di plasma magnetizzata che circonda la Terra creata dal suo campo magnetico. Tuttavia, le persone su voli più lunghi non avranno questa schermatura naturale e sono quindi maggiormente a rischio.

...

iniettando un plasma supersonico in una nave a vuoto lunga 1,5 m rivestita di magneti bobine, con un magnete bersaglio posizionato all'estremità del vaso. Utilizzando sia l'imaging ottico che una sonda elettromagnetica, il team di Bamford ha dimostrato che il magnete bersaglio deviava il plasma in modo tale che il volume dello spazio circostante il magnete fosse quasi completamente privo di particelle di plasma.

- physicsworld. com

Un'immagine che mostra come il campo magnetico terrestre si occupa di questo:

enter image description here

Neat!

Sembra fantastico! Ma non sarebbe troppo dispendioso in termini di energia per essere pratico per una missione a lungo raggio?
@Gwenn Beh, probabilmente avremmo bisogno di un qualche tipo di motore pazzo-potente in primo luogo, giusto? Inoltre, è necessario considerare anche le implicazioni energetiche del lancio di un veicolo spaziale rivestito di piombo.
@Undo sei a conoscenza di qualcosa di più recente che potresti [aggiungere qui] (http://space.stackexchange.com/q/20596/12102)?
@uhoh Non mi dispiace!
@Undo OK, puoi aggiungere queste informazioni qui * come risposta supplementare *. Sto cercando qualcosa di recente, ma questo è un background interessante. Solo un pensiero.
#5
  0
Muze
2018-04-04 20:13:17 UTC
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So che questa non è una risposta buona come la maggior parte qui. Direi che un dirigibile potrebbe essere gonfiato intorno alla nave e il gas elettrificato per creare una schermatura elettromagnetica. Questo metodo è leggero.

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

Cos'è un gas elettrificato? Intendi ionizzato? Le Cinture di Van Allen della Terra lavorano con il campo magnetico della Terra ma sono al di fuori della sua atmosfera.
-1


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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