Vraag:
Welke materialen bieden de beste bescherming tegen kosmische straling?
Gwen
2013-07-18 21:17:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Voor bemande missies over lange afstanden, zoals een missie naar Mars, zullen we onvermijdelijk astronauten moeten beschermen tegen kosmische straling, vooral in het geval van een zonnevlam of SEP. Welke materialen bieden de beste bescherming tegen de soorten hoogenergetische kosmische straling waaraan astronauten tijdens deze reizen zouden worden blootgesteld?

Naar mijn mening heeft Mars geen ijzeren kern en dus ook geen magnetisch schild, dus het zou slechts een deel van het probleem zijn om daar te komen. Bewoning in stand houden lijkt onmogelijk.
@Rick Afscherming tegen straling is geen onoplosbaar probleem. Misschien denk je aan terraforming? Dan zijn daar ook mogelijke oplossingen, maar zeker buiten onze huidige mogelijkheden.
Vijf antwoorden:
#1
+20
Robert Mason
2013-07-18 21:34:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Er is een redelijk goede Wikipedia-pagina over, die een aantal opties opsomt:

  • Water zorgt voor een redelijk goede stralingsafscherming (ook besproken met straling op het land hier), maar is relatief zwaar en wordt tijdens de vlucht verbruikt.
  • Vloeibare waterstof is ook goed en wordt gebruikt als brandstof, dus het zal al aan boord zijn. Dit wordt echter ook verbruikt tijdens de vlucht.
  • We zouden de materialen waaruit ruimtevaartuigen zijn gemaakt kunnen veranderen. Omdat waterstofrijke materialen goed werken om de meest voorkomende soorten kosmische straling af te schermen, zouden sommige kunststoffen kunnen werken. Dit zou echter enige re-engineering vereisen om praktisch te zijn.
  • Zoals JKor zei, menselijk afval werkt goed, maar heeft "grove" problemen. Dit is echter uniek omdat het toeneemt in plaats van afneemt naarmate de vlucht vordert, dus het kan vloeibare waterstof en water aanvullen.

Een van de grootste problemen bij het aanbrengen van extra afscherming is dat het is meestal zwaar, en meer gewicht == meer kosten.

De Wikipedia-pagina vermeldt actieve magnetische afscherming, maar dat is op dit moment vooral een theoretisch idee.

Afscherming is belangrijk voor onbemande missies ook (maar niet zo veel), aangezien straling effecten kan hebben op computersystemen door magnetische opslag te verstoren - zie dit National Geographic-artikel en dit NASA-persbericht voor een voorbeeld van een dergelijke gebeurtenis vindt plaats op Voyager 2.

#2
+14
Jon
2015-06-03 04:04:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Met betrekking tot mogelijke reizen in ons eigen zonnestelsel zijn er twee algemene soorten straling die ons zorgen baren!

Het eerste type straling is zonnestraling, die meestal bestaat uit lage tot gemiddelde straling. energie protonen, elektronen en röntgenstralen van onze eigen ster. We zouden ons beschermen tegen de protonen met materialen met een laag molecuulgewicht. Typisch waterstofhoudende materialen zoals lithium-hydride worden hiervoor gebruikt vanwege hoe effectief ze zijn in het stoppen van zowel de protonen als neutronen die uit toekomstige reactoren kunnen komen en vanwege hoe licht ze zijn. De elektronen en fotonen (röntgenstralen) kunnen het beste worden gestopt met materialen met een hoge Z-waarde. High-Z-materialen bestaan ​​uit elementen met veel elektronen per atoom. Hoewel high-Z-materialen worden gebruikt om elektronen en fotonen te stoppen, zijn ze ook nuttig bij het stoppen van andere geladen deeltjes, waaronder assistentie bij protonen.

Het tweede type straling is Galactic Cosmic Rays (GCR's). GCR's zijn typisch massieve deeltjes met zeer hoge energie, zoals koolstof- en ijzeratomen. Vanwege hun energetische aard en hoe massief deze deeltjes zijn, zijn ze erg moeilijk te stoppen. Voor het stoppen van GCR's zijn dikke lagen high-Z-materialen vereist, die doorgaans dicht en zwaar zijn. Zware afscherming is duur en moeilijk om in de ruimte te komen. Ik zal niet zo ver gaan om te zeggen dat we ons niet kunnen beschermen tegen GCR's, maar ik zal zeggen dat het gewicht van hedendaagse afschermingsmaterialen het lijkt alsof de huidige benaderingen van GCR-afscherming niet praktisch zijn.

Onze ster is een type-G hoofdreeksster, die helium produceert door middel van proton-protonfusie in de kern. Vanwege de dynamiek van fusie in onze ster, zijn geïoniseerde heliumnucliden het primaire product van deze fusie. Een deel van het door proton-protonfusie geproduceerde helium wordt echter zelf gefuseerd, waardoor koolstof ontstaat. Naarmate sterren massiever worden, beginnen ze zwaardere elementen samen te smelten, die de ruimte in kunnen worden uitgeworpen. IJzer-56 is het zwaarste element dat kan worden geproduceerd uit traditionele sterren, waarbij de zwaarste elementen worden geproduceerd door veel meer energetische gebeurtenissen zoals een supernova.

De energie die wordt geproduceerd door de fusie van deze isotopen, ioniseert gassen nabij de rand van onze ster, waardoor grote hoeveelheden protonen en elektronen worden geproduceerd die tijdens coronale massa-ejecties de ruimte in worden geslingerd. Numeriek gezien is de meerderheid van de straling van onze ster en andere sterren in de vorm van protonen, elektronen en fotonen, met kleinere hoeveelheden zware nucliden. Statistisch gezien geldt dat hoe zwaarder de nucliden, hoe zeldzamer het is om ze in de ruimte te vinden. Hoewel ik het voornamelijk over onze ster heb, geldt hetzelfde voor andere sterren, ongeacht hun massa.

Andere sterren produceren inderdaad protonen, elektronen en fotonen die in onze solaire invloedssfeer stromen; deze andere sterren stoten echter straling uit in alle richtingen, waarbij slechts een zeer klein deel ervan wordt uitgestoten in de nauwe kegelhoek om ons zonnestelsel te bereiken. Veel van de geladen straling van andere sterren wordt ook afgebogen door het magnetische veld van de zon. Als gevolg hiervan werd de overgrote meerderheid van de protonen en elektronen in ons zonnestelsel door onze ster uitgeworpen en niet door andere sterren, en degenen die dat niet zijn, hebben meestal dezelfde energie als de protonen en elektronen die door onze eigen ster worden uitgestoten. Hierdoor negeren we in wezen niet-solaire protonen en elektronen in onze berekeningen voor stralingsblootstelling omdat ze verwaarloosbaar zijn in hun effect op de geabsorbeerde dosis.

De zware elementen die worden uitgestoten door super-energetische gebeurtenissen zoals supernova reizen met bijna lichtsnelheden en daardoor een diepgaand effect hebben op biologisch weefsel en elektronica die ze tegenkomen. Hoewel ze een zeer kleine fractie uitmaken van het totale aantal deeltjes per volume-eenheid in de ruimte, zijn de effecten die ze kunnen hebben op de geabsorbeerde dosis niet te verwaarlozen. Als we het daarom hebben over galactische kosmische straling, hebben we het over het algemeen over de energetische zware ionen van energetische gebeurtenissen buiten de zon en niet over de protonen en elektronen van normale, alledaagse extrasolaire bronnen.

Dit is een goed antwoord, maar GCR's zijn nog steeds voornamelijk protonen en alfadeeltjes. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_ray#Types
Ik weet niet zeker of ik het in praktische zin eens ben. Alfadeeltjes worden als zware deeltjes beschouwd, dus ik denk dat dit in de context van de definitie is die ik heb gegeven. voorwaarden. Het effect van helium-, koolstof- en ijzer-CGR's is echter erg merkbaar in dosisberekeningen en ten opzichte van achtergrondniveaus.
Het Wikipedia-artikel waarnaar ik heb verwezen, geeft me een ander begrip. Is het juist als er staat dat 99% van de GCR's protonen en He-kernen zijn? Als dat zo is, begrijp ik niet hoe de (nog) zwaardere deeltjes belangrijker kunnen zijn. Ik heb eerder zonder succes online naar betere uitleg gezocht. Uw input kan wellicht ook waardevol zijn in deze sectie: http://space.stackexchange.com/a/8666/4660
Ik zal mijn bericht uitbreiden om dit het beste te beantwoorden zonder tegen beperkingen van de tekenruimte aan te lopen.
Kortom, dit is een definitie van wetenschap versus techniek. Protonen en elektronen zijn het meest overvloedige product van alle sterren, waarbij ionen met een lagere massa de volgende zijn. Als je echter alle deeltjes in ons systeem zou kunnen optellen, kwamen de meeste (> 99%) van onze ster, dus we negeren extra zonnedeeltjes in calcs. Superzware ionen uit super-nova kunnen echter niet worden verwaarloosd, dus we slaan meestal de GCR-definitie op om die deeltjes te beschrijven en niet protonen en elektronen van traditionele zonne-emissies.
Het uitgebreide antwoord is heel nuttig - maar ik stelde een nieuwe vraag omdat ik me nog steeds afvraag wat het verschil is tussen de protonen met veel hogere energie van kosmische straling en de protonen die van de zon komen, het lijkt me gewoon dat ze significant moeten zijn ondanks dat ze een een heel klein deel van de protonen die er zijn. Misschien niet voor elektronica, maar voor mensen? Zou dat een factor kunnen zijn in hoe de berekeningen momenteel worden gedaan?
Stuur me een link naar je nieuwe vraag, ik kon hem niet vinden.
Oh sorry - http://space.stackexchange.com/q/9331/4660
Hé, eventuele opmerkingen / links over de dichtheid, dikte en werkzaamheid?
#3
+7
JKor
2013-07-18 21:22:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Een mogelijk materiaal dat in Scientific American werd genoemd, is ontlasting. De koolwaterstoffen erin kunnen de straling veilig absorberen.
Het grootste deel van het publiek zou deze mogelijkheid echter afwijzen vanwege de grofheidsfactor (net als het recyclen van water door urine te zuiveren en te ontsmetten).

Als dat werkt, zouden gewone koolwaterstoffen dan ook niet moeten werken, in plaats van uit ontlasting te moeten komen?
Het is beter om ontlasting te gebruiken, omdat je dan niet meer massa voor de koolwaterstoffen hoeft op te halen. Het idee dat in Scientific American werd genoemd, was "ga naar buiten met voedsel, kom terug met ontlasting".
Het algemene publiek lijkt oké als ISS-mensen gerecycled zweet en urine drinken (kan niet uitzoeken waar ik dat las :-( Een artikel waarin werd vermeld dat het publiek niet geïnteresseerd was in de prestaties van het ISS en het meestal negeerde).
Er zal ontlasting aan boord van het voertuig zijn, of het nu voor afscherming wordt gebruikt of niet. Het moet op de een of andere manier worden bewaard. Waarom niet in lege ruimtes in de muren? Hetzelfde geldt voor drinkwater en 'grijs' water. Er zou nog steeds behoefte zijn aan andere afscherming, maar dit bespaart in ieder geval intern volume in het ruimtevaartuig - en mogelijk ook de massa gescheiden tanks. Kan zijn.
#4
+3
Undo
2013-07-18 21:26:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Er wordt gezegd dat het mogelijk is om magneten te gebruiken als een schild tegen kosmische straling:

Astronauten die naar het internationale ruimtestation reizen worden door de atmosfeer van de aarde tegen veel van deze straling beschermd. evenals door zijn "magnetosfeer", de gemagnetiseerde bubbel van plasma die de aarde omringt, gecreëerd door zijn magnetisch veld. Mensen op langere vluchten zullen deze natuurlijke afscherming echter niet hebben en lopen daarom een ​​groter risico.

...

het injecteren van een supersonisch plasma in een 1,5 m lang vacuümvat bekleed met magnetische spoelen, met een doelmagneet aan het uiteinde van het vat. Door zowel optische beeldvorming als een elektromagnetische sonde te gebruiken, toonde het team van Bamford aan dat de doelmagneet het plasma zodanig afbuigde dat het volume van de ruimte rondom de magneet bijna volledig vrij was van plasmadeeltjes.

- physicsworld. com

Een afbeelding die laat zien hoe het magnetische veld van de aarde hiervoor zorgt:

enter image description here

Netjes!

Dat klinkt geweldig! Maar zou dat niet te energie-intensief zijn om praktisch te zijn voor een lange-afstandsmissie?
@Gwenn Nou, we zouden in de eerste plaats waarschijnlijk een soort gekke krachtige motor nodig hebben, toch? Je moet ook rekening houden met de energie-implicaties van het lanceren van een ruimtevaartuig dat is bedekt met lood.
@Undo bent u op de hoogte van iets recenters dat u zou kunnen [hier toevoegen] (http://space.stackexchange.com/q/20596/12102)?
@uhoh Het spijt me niet!
@Undo OK, u bent van harte welkom om deze informatie daar * als aanvullend antwoord * toe te voegen. Ik ben op zoek naar iets recents, maar dit is een interessante achtergrond. Alleen een gedachte.
#5
  0
Muze
2018-04-04 20:13:17 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik weet dat dit niet zo goed als een antwoord is dan de meeste hier. Ik zou zeggen dat een luchtballon rond het schip kan worden opgeblazen en het gas kan worden geëlektrificeerd om elektromagnetische afscherming te creëren. Deze methode is licht van gewicht.

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

Wat is een geëlektrificeerd gas? Bedoel je geïoniseerd? De Van Allen Belts of Earth werken met het magnetisch veld van de aarde maar bevinden zich buiten de atmosfeer.
@Uwe a Neon- of fluorescerend licht is een goed voorbeeld, maar misschien is er een gas dat niet oplicht en transparant blijft wanneer het geïoniseerd is, dat een EM-veld zal uitzenden dat straling kan blokkeren?


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...