О радиационной защите экипажей космических кораблей

bigdrum — 10.01.2024

Тут мне подумалось вот что.

Радиация в космосе бывает нескольких типов. Нейтронный поток, альфа, бета, гамма радиация, тормозное излучение, межзвездная радиация.

Нейтрон (свободный) распадается за 16 минут. При вспышках на Солнце, если образуется нейтронный джет, из-за небольшого расстояния (8 световых минут) нейтроны могут долетать до орбиты Марса. Однако уже на расстоянии в две астрономических единицы этот вид излучения ОТСУТСТВУЕТ. По причине распада нейтронов.

Альфа- и бета- излучение поглощаются относительно небольшими преградами. Буквально миллиметр-полтора толщиной. На низких околоземных орбитах эти виды излучений представлены слабо, потому что радиационные пояса Земли защищают планету, но на высоких орбитах, и в межпланетном пространстве они есть. Учитывая небольшое потребное защитное покрытие (относительно других видов) их можно не учитывать.

Гамма-радиация бывает разного рода. Сюда входят гамма-кванты, образующиеся в ядерных реакциях на Солнце, и для них, собственно, границы энергий известны. Также сюда входит тормозное излучение, энергия которого зависит от - как нетрудно понять - скорости порождающей частицы и интенсивности торможения. Основная часть тормозного гамма-излучения на Земле образуется в атмосфере, и атмосферой же поглощается с образованием озона и оксидов азота. Однако атмосфера имеет толщину порядка сотни километров (на самом деле больше, и вот это больше участвует в создании тормозного излучения), и понятно, что в космическом корабле такое невозможно воссоздать.

Особенностью гамма-излучения является то, что оно не подвержено влиянию магнитного поля Земли, не подвержено влиянию радиационных поясов, и в зависимости от энергии и интенсивности (количества квантов) может достигать поверхности Земли. Это - часть так называемой "естественной радиации".

Межзвездное излучение характеризуется широким диапазоном энергий. Однако корпускулярная его компонента (мы помним - нейтроны не долетают) подвержена воздействию магнитного поля Солнца, а также процессам в поясе Копейра (скорее всего). Лучистая часть межзвездной радиации представлена теми же гамма-квантами, образующимися в различных квазарах, пульсарах, черных дырах и прочих экологически неблагоприятных местах Вселенной, а также гамма-излучением звезд.

Так вот, что я хочу сказать...

Дело в том, что вот межзвездное излучение - оно может иметь такую энергетику, что защищаться от него просто не получится. Мы сегодня на Земле подвергаемся наиболее жесткому гамма-излучению ПОСТОЯННО. Наши организмы под это ЗАТОЧЕНЫ. Учитывая природу этого излучения, его интенсивность - практически константная величина.

Нейтронные потоки и сейчас достигают МКС, и как-то люди там все равно работают - то есть тормозное излучение, порожденное нейтронными потоками от Солнца, вполне переносимо человеческим организмом также. Да, при вспышках неприятно, но все же как-то живем... Альфа- и бета- излучение мы игнорируем. Однако тормозное излучение альфа- и бета- частиц (рентгеновское излучение - это тормозное излучение бета-частиц) мы игнорировать не можем, если мы не находимся ниже радиационных поясов... Однако заряженные частицы являются частью солнечного ветра, их энергетика известна, и известна энергетика тормозного излучения, и это открывает нам интересную возможность.

Если строить радиационную защиту исходя из равенства коэффициентов ослабления тормозного излучения таковому ослаблению в земной атмосфере - мы получим совершенно нормальную в отношении радиации среду.

Еще раз.

Мы строим спектр поглощения гамма-излучения в земной атмосфере для разных энергий гамма-квантов. Мы анализируем спектр гамма-радиации вне радиационных поясов (просто поместив мишень для генерации тормозного излучения и меряя энергию квантов за ней). И мы добиваемся того, чтобы по максимуму генерации тормозного излучения в естественных условиях космоса у нас был максимальный коэффициент ослабления нашей защитой. А на все остальное мы кладем с прибором. Потому что оно будет в пределах нормы либо ниже нормы автоматически. На совсем высокие энергии (обычно межзвездного происхождения) мы вообще не смотрим, потому что и на Земле мы от них ничем не защищены.

В качестве экрана можно использовать обедненный уран. А еще лучше - поискать среди соединений урана вещество с максимально плотной решеткой. А с внутренней стороны прикрыть этот уран слоем любимого всеми нитрида бора, и слоем свинца. Урана-238 у нас как грязи - химически чистого. Сборные противорадиационные щиты, монтируемые космонавтами, можно доставлять на грузовиках.

Так что идея такая. Все пересчитывать на гамма-эквивалент, отбрасывать заведомо невозможные энергии, и использовать уран вместо осмия или иридия...

УПД. И немного конструктива. Представим себе квадратный в сечении гофр. "Гармошку". Если он растянут, он длинный. А если сжат - то короткий, но толстый. Отсек радиационного спасания экипажа находится в торце. В полете гофр растянут, обеспечивая радиационной защитой среднего уровня весь обитаемый объем. А при радиационной опасности гофр сокращается, обеспечивая высокую защиту на ограниченном участке отсека радиационного спасения. Экипаж переходит туда и пережидает радиационный всплеск. Такой гофр может иметь минимальную массу при максимальном защитном эффекте в нужное время, и обеспечивать приемлемый уровень защиты на протяжении всего полета. Теоретически вместо гофра можно использовать емкости с перекачиваемым раствором - но тут уже защита похуже будет, в силу низкой плотности раствора относительно твердого исполнения...



.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив