Vraag:
Stralingsafscherming magnetisch of massa, wat is efficiënter?
James Jenkins
2013-07-28 18:07:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zoals ik het begrijp; Als u niet bij de aarde bent, loopt u aanzienlijke gezondheidsrisico's door straling. Op aarde wordt het grootste deel van dit risico afgebogen door het magnetische veld van de aarde. Ik heb geen referentie gevonden, maar vermoedelijk kan dit magnetische veld worden gedupliceerd in een ruimteschip met voldoende energie. Ik begrijp ook dat enige stralingsafscherming kan worden gecreëerd door het gebruik van materialen (lood is een bekend voorbeeld) .

Als je een ruimtevaartuig hebt dat vergelijkbaar is met het ISS in massa en volume (andere structuur natuurlijk) dat rond het zonnestelsel beweegt onder een constante stuwkracht van 1 g (draai om en halverwege vertragen) , wat zou een efficiënter gebruik van energie zijn; Verplaatsen van de extra massa of de energie die nodig is om het magnetische veld te genereren?

Vier antwoorden:
#1
+21
Thomas Pornin
2013-07-31 07:46:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

In de ruimte (binnen het zonnestelsel) krijg je meestal twee soorten "straling" die gevolgen voor de gezondheid hebben:

  • Fotonen met verschillende energieën, van langegolfradio tot gammastraling.
  • Hoogenergetische geladen deeltjes, voornamelijk elektronen en protonen die uit de bovenste atmosfeer van de zon worden uitgestoten (dit staat bekend als de zonnewind).

De belangrijkste bron hiervoor is natuurlijk de zon. Omdat fotonen elektrisch neutraal zijn, lachen ze totaal om magnetische velden; een "magnetische barrière" werkt alleen voor geladen deeltjes. We weten wat UV ondanks de atmosfeer met de menselijke huid kan doen, dus je kunt je voorstellen dat er wat extra bescherming nodig is in de ruimte.

Ervan uitgaande dat je supergeleiders hebt, kun je handhaven een krachtig magnetisch veld voor onbepaalde tijd, waarbij alleen energie wordt verbruikt als een deeltje inderdaad wordt afgebogen. De vorm en positie van dit veld vereist echter enige zorg. Het magnetisch veld van de aarde is bijvoorbeeld niet erg goed in het beschermen van de aarde tegen zonnewind; in plaats daarvan beweegt het zich gewoon rond het inslagpunt: hoogenergetische deeltjes concentreren zich op poolgebieden en produceren prachtige aurora's. Heel veel onderzoek naar het onderwerp van optimale magnetische afscherming voor ruimteschepen wordt verwezen op deze pagina.

Een verzwarende omstandigheid van stralingen in de ruimte is dat het niet optreedt bij een continue stromen; in plaats daarvan komt het in uitbarstingen van aanzienlijke intensiteit, wanneer zonnevlammen optreden. Een goede ruimte-afscherming is meestal een overkill, maar zal af en toe een absolute noodzaak worden om te voorkomen dat de bemanning wordt gedood. Een verzachtende eigenschap is echter dat de positie van de bron goed bekend is (de zon is meestal goed zichtbaar) en dat fakkels enkele uren voor de aanval van hoogenergetische deeltjes 'visueel' kunnen worden waargenomen, waardoor er tijd is om extra schilden op te heffen. / p>

Buiten het zonnestelsel veranderen de dingen nogal. De zonnewind creëert eigenlijk een soort "bel" rond de zon, de heliosfeer genaamd, die een beetje als een magnetisch schild tegen de rest van het heelal werkt. Op de grens van de heliosfeer is een nogal verwarde situatie waarover veel wordt getheoretiseerd maar weinig bekend; de Voyager 1-sonde beweegt er momenteel doorheen. Verder is er niet veel te vrezen over zonnewind, maar veel meer over andere hoogenergetische deeltjes van vele soorten, gezamenlijk bekend als kosmische straling.

Dat doen we niet echt weet waar kosmische straling vandaan komt, maar de bronnen lijken veelvoudig te zijn. Voor onze huidige discussie betekent dit dat kosmische straling niet uit een unieke voorspelbare richting komt en op schijnbaar willekeurige tijdstippen gebeurt, dus alle soorten schilden moeten altijd omhoog zijn. Bovendien zijn niet al deze deeltjes geladen, dus magnetische schilden zijn niet genoeg.

Merk op dat kosmische straling ook een probleem is binnen het zonnestelsel, zelfs dicht bij de aarde, maar dat het verlaten van de heliosfeer toeneemt het probleem dramatisch.

Een extra gevaar wordt prachtig belicht in Arthur C. Clarke's "The Songs of Distant Earth". Als u zich buiten de heliosfeer bevindt, reist u naar de sterren - u moet dus snel reizen, want sterren zijn ver, ver weg. Dit houdt in dat laag-energetische deeltjes of grotere fragmenten (bijv. Verdwaalde atomen of moleculen van nevels) een hoge relatieve snelheid zullen hebben, en de herhaalde inslagen zullen schadelijk zijn voor het schip. en zijn inwoners. In het boek voegen ze een grote ijslaag toe voor het schip en moeten deze regelmatig vernieuwen.


Wat betreft materialen voor meer tastbare schilden (die ook beschermen tegen neutrale deeltjes), is een goede kandidaat niet lood, maar water . Water heeft een zeer goede verhouding van absorptievermogen per gewicht; water heeft ook andere toepassingen die lood niet biedt, zoals baden, planten water geven, vissen kweken ( tilapia's bieden veel eiwitten terwijl ze maar een beperkte hoeveelheid zwemruimte nodig hebben), en wat er ook gebeurt , zelfs drinken, mocht de voorraad aan fatsoenlijke dranken aan boord uitgeput raken.

Een populair ontwerp is een ruimteschip als een grote tuimelende cilinder, die "kunstmatige zwaartekracht" creëert. De "grond" (het cilinderoppervlak, van binnenuit) kan een grote poel zijn, en habitats zouden dan drijven, zoals viskwekerijen. Het water onderhoudt het innerlijke ecosysteem en biedt tegelijkertijd een uitstekende afscherming tegen straling. Astronauten doen ook dienst als matrozen.

Andere mogelijke materialen zijn onder meer verschillende polymeren, goud (gebruikt voor maanmodules op Apollo-missies - als je naar de maan gaat, doe je het met stijl ), en zelfs "biologisch afval" van de bemanning. Dit hele stralingsprobleem is nog steeds een van de onopgeloste problemen voor de reis naar Mars, dus dat is een actief onderzoeksgebied.

Zou een * klein * maar robuust schild voldoende zijn? Aangezien straling in uitbarstingen verschijnt en deze van tevoren detecteerbaar zijn, zou er bijvoorbeeld een kleine, goed afgeschermde kamer op het schip kunnen zijn waar de bemanning door de uitbarsting heen zou kunnen wachten.
Sci-fi schiet te hulp. In "Red Mars" ervaart de bemanning van de kolonisatiemissie naar Mars een zonnevlam, en ze schuilen tussen hun watertanks - tanks die ze toch mee moesten nemen. Dat is een gratis schild. Waarom zou je moeite doen met een grote magneet als je al water hebt?
Er zijn ook enkele interessante resultaten die het vermelden waard zijn met betrekking tot metaalschuimen met boraatwater, die een goede halveringsmassa lijken te hebben http://www.researchgate.net/publication/222665311_A_novel_ultra-light_structure_for_radiation_shielding
Goud op Apollo-maanmodule ??? Ik geloof dat het gealuminiseerde kapton was (zoiets als mylar), dat alleen een gouden kleur lijkt te hebben. Zie https://en.wikipedia.org/wiki/Space_blanket
In feite produceerde NASA zowel gealuminiseerde als vergulde Kapton; en Kapton zelf is slechts een onderdeel van de meerlaagse platen die de maanmodules bedekken. Het meeste van wat je aan de buitenkant ziet, is alleen goudkleurig, maar er zit nog wat goud in. Voor sommige instrumenten werd ook een gouden afdekking gebruikt in de module; en de coating van de helmvizieren van de astronauten was puur goud.
@SF. Orion heeft zo'n plek (geen speciale kamer)
@ThomasPornin Zie deze vraag en het geaccepteerde antwoord over "goudfolie" op ruimtevaartuigen: http: //space.stackexchange.com/questions/5246/why-is-gold-used-in-space-technology-to-protection-from- warmtestraling / 5248
+1 voor overkill of vermoord, dat kreeg een lachje; ook + 1 voor een goed antwoord, het zou +2 zijn maar dat leek overdreven;).
#2
+2
css
2013-07-31 18:23:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Een ander punt om te overwegen bij zonnevlammen is dat aangezien er de mogelijkheid is om ze "te zien aankomen", er een goede mogelijkheid is om een ​​aanzienlijk verminderde hoeveelheid afscherming te hebben. Concreet zou het schip een soort schuilkelder kunnen hebben, maar in dit geval een zonnevlamschuilplaats. Een onderafdeling van het schip dat groot genoeg is voor tenminste de bewoners, zou veel zwaarder kunnen worden afgeschermd dan de rest van het schip, waardoor de kosten die gepaard gaan met afscherming (energieverbruik en $ in het algemeen) worden verlaagd.

Erg goed idee.
#3
+2
Rick Smith
2018-03-15 04:42:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het gevaar van straling wordt overdreven.

Een samenstandsklasse-missie geeft een astronaut 31,8 rems op doorreis van kosmische straling (in beide richtingen), 10,6 rems van kosmische straling op Mars (ervan uitgaande dat je ongeveer een jaar daar), zullen zonnevlammen tijdens het transport 5,5 rems veroorzaken (ervan uitgaande dat je een stormschuilplaats voor kosmische straling hebt) en 4,1 rem op Mars (het lichaam van de planeet schermt straling van onderaf af en de atmosfeer helpt tegen zonnestraling).

Dit is minder dan de levenslange stralingsdosis van een piloot en lager dan sommige langdurige verblijven op het internationale ruimtestation ISS. Het heeft geen enkele kans om op korte termijn schade toe te brengen en geeft een kans van 1,1% dat een man de rest van zijn leven een dodelijke kanker krijgt.

Je zou deze blootstelling aan straling een beetje kunnen verminderen door zandzakken op te doen top van de habitat op Mars om een ​​beetje meer af te schermen, maar tijd op Mars is waardevol. Er zijn betere dingen te doen.

#4
  0
Johnny Robinson
2016-08-22 00:38:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kosmische straling kan worden afgeschermd door massa. Dit kan een rompen van enkele meters dik vereisen, van zoiets als ijs. Een twee voet dikke romp die een habitat met een diameter van slechts 4,5 meter omvat, zou een zeer groot deel van zijn totale massa uitmaken. De muren hoeven echter niet dikker te zijn als een leefgebied groter is. Voor een habitat met een diameter van 30 meter zijn 2 meter dikke muren een veel kleiner deel van de totale massa. Dus het gebruik van massa om te beschermen ziet er vreselijk uit met kleine habitats, maar veel beter te doen met grote. Deze muren zouden ook beschermen tegen meteoren. Er zal dus ongetwijfeld een duw zijn naar grotere habitats naarmate we in staat worden om ze te bouwen.

Twee voeten zouden het probleem zelfs verergeren. Wanneer kosmische straaldeeltjes botsen met de kern van een atoom, creëren ze een regen van nieuwe deeltjes, die elk een nieuwe deeltjesregen kunnen creëren wanneer ze ergens tegenaan botsen. Je bent niet beschermd tenzij er voldoende materiaal is om de energie te verspreiden, zodat de cascade stopt. Er is ongeveer 5 m water nodig om je te beschermen. [Bron] (https://engineering.dartmouth.edu/~d76205x/research/Shielding/docs/Parker_06.pdf)
Ik heb net het nummer 2 voet uit de lucht gehaald om een ​​punt te maken. Ik ben me bewust van dit idee over verstrooiing. Ik weet dat water een betere massa is dan veel stoffen (het is waterstof). Dus een bepaalde dikte van water zou meer dan dezelfde massa van bijvoorbeeld steen blokkeren. Voor het waterstofgehalte wordt ook gekeken naar kunststoffen. Ik weet niet dat onderzoek heeft vastgesteld hoe dik het zou moeten zijn. De laatste keer dat ik las, was er nog discussie over. Als je op de hoogte bent van enig onderzoek met definitieve antwoorden over hoeveel massa, van welke substantie er nodig is, hoor ik dat graag.
Het is waar dat het in de lucht is, maar 2 voet zou de zaken zeker erger maken, niet beter. Het papier waarnaar wordt verwezen, maakt een goede zaak dat 5 m voldoende zou zijn, maar het moet wel in de ruimte worden getest. Stack Exchange heeft een stemsysteem om mensen aan te moedigen antwoorden te schrijven die zo duidelijk, informatief en goed onderzocht mogelijk zijn. Opmerkingen zoals mijn vorige zijn bedoeld om mensen te helpen hun antwoorden te verbeteren.


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...