Pregunta:
¿Qué materiales brindan la mejor protección contra la radiación cósmica?
Gwen
2013-07-18 21:17:02 UTC
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Para misiones tripuladas de larga distancia, como una misión a Marte, inevitablemente tendremos que proteger a los astronautas de la radiación cósmica, especialmente en el caso de una erupción solar o SEP. ¿Qué materiales brindan la mejor protección contra los tipos de radiación cósmica de alta energía a los que estarían expuestos los astronautas en estos viajes?

Según tengo entendido, Marte no tiene un núcleo de hierro y, por lo tanto, no tiene un escudo magnético, por lo que llegar allí sería solo una parte del problema. Mantener la habitación parece imposible.
@Rick El blindaje contra la radiación no es un problema irresoluble. ¿Quizás estás pensando en terraformar? Si es así, también existen soluciones potenciales, pero ciertamente más allá de nuestras capacidades actuales.
Cinco respuestas:
#1
+20
Robert Mason
2013-07-18 21:34:19 UTC
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Hay una página de Wikipedia bastante buena al respecto, que enumera un par de opciones:

  • El agua ofrece una protección contra la radiación bastante buena (también se analiza con la radiación terrestre aquí), pero es relativamente pesado y se consume durante el vuelo.
  • El hidrógeno líquido también es bueno y se utiliza como combustible, por lo que ya estará a bordo. Sin embargo, esto también se consume durante el vuelo.
  • Podríamos cambiar los materiales de los que están hechas las naves espaciales. Dado que los materiales ricos en hidrógeno funcionan bien para proteger los tipos más comunes de radiación cósmica, algunos plásticos podrían funcionar. Sin embargo, esto requeriría algo de reingeniería para ser práctico.
  • Como dijo JKor, los desechos humanos funcionan bien, pero tienen problemas de "grosería". Sin embargo, esto es único en el sentido de que aumenta en lugar de disminuir a medida que avanza el vuelo, por lo que podría complementar el hidrógeno líquido y el agua.

Uno de los mayores problemas con la generación de protección adicional es que tiende a ser pesado, y más peso == más costo.

La página de Wikipedia menciona el blindaje magnético activo, pero en este punto es principalmente una idea teórica.

El blindaje es importante para misiones no tripuladas también (aunque no tanto), ya que la radiación puede tener efectos en los sistemas informáticos al interferir con el almacenamiento magnético. Consulte este artículo de National Geographic y este comunicado de prensa de la NASA para una instancia de un evento de este tipo en la Voyager 2.

#2
+14
Jon
2015-06-03 04:04:25 UTC
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Con respecto a los viajes potenciales en nuestro propio sistema solar, ¡hay dos tipos generales de radiación que nos preocupan!

El primer tipo de radiación es la radiación solar, que en su mayoría consiste en baja a intermedia- protones de energía, electrones y rayos X de nuestra propia estrella. Protegeríamos contra los protones con materiales de baja masa molecular. Por lo general, los materiales que contienen hidrógeno, como el hidruro de litio, se utilizan para esto debido a su eficacia para detener los protones y los neutrones que podrían provenir de futuros reactores y debido a su ligereza. Los electrones y fotones (rayos X) se detienen mejor con materiales de alta Z. Los materiales de alta Z se componen de elementos que tienen muchos electrones por átomo. Si bien los materiales con alto contenido de Z se utilizan para detener electrones y fotones, también son útiles para detener otras partículas cargadas para incluir la asistencia con protones.

El segundo tipo de radiación son los rayos cósmicos galácticos (GCR). Los GCR suelen ser partículas masivas de muy alta energía, como átomos de carbono y hierro. Debido a su naturaleza energética y lo masivas que son estas partículas, son muy difíciles de detener. Detener los GCR requiere capas gruesas de materiales con alto contenido de Z, que suelen ser densos y pesados. El blindaje pesado es caro y difícil de conseguir en el espacio. No iré tan lejos como para decir que no podemos protegernos contra los GCR, pero diré que el peso de los materiales de blindaje contemporáneos hace que parezca que los enfoques actuales del blindaje GCR no son prácticos.

Nuestra estrella es una estrella de secuencia principal de tipo G, que produce helio a través de la fusión protón-protón en su núcleo. Debido a la dinámica de fusión en nuestra estrella, los nucleidos de helio ionizados son el producto principal de esta fusión. Sin embargo, parte del helio producido a partir de la fusión protón-protón está en sí mismo fusionado, lo que produce carbono. A medida que las estrellas se vuelven más masivas, comienzan a fusionar elementos más pesados, que pueden ser expulsados ​​al espacio. El hierro-56 es el elemento más pesado que se puede producir a partir de estrellas tradicionales, y los elementos más pesados ​​son producidos por eventos mucho más energéticos, como una supernova.

La energía producida por la fusión de estos isótopos ioniza gases cerca del borde de nuestra estrella, produciendo copiosas cantidades de protones y electrones, que son lanzados al espacio durante las eyecciones de masa coronal. Hablando numéricamente, la mayor parte de la radiación de nuestra estrella, así como de otras estrellas, está en forma de protones, electrones y fotones, con cantidades menores de nucleidos pesados. Hablando estadísticamente, cuanto más pesados ​​son los nucleidos, más raro es encontrarlos fluyendo en el espacio. Si bien me refiero principalmente a nuestra estrella, lo mismo ocurre con otras estrellas, independientemente de su masa.

Otras estrellas de hecho producen protones, electrones y fotones que fluyen hacia nuestra esfera de influencia solar; sin embargo, estas otras estrellas expulsan radiación en todas direcciones, y solo una muy pequeña fracción de ellas es expulsada en el ángulo del cono estrecho para llegar a nuestro sistema solar. Gran parte de la radiación cargada de otras estrellas también es desviada por el campo magnético del sol. Como resultado, la gran mayoría de los protones y electrones en nuestro sistema solar fueron expulsados ​​de nuestra estrella y no de otras estrellas y los que no lo son son en su mayoría de la misma energía que los protones y electrones expulsados ​​de nuestra propia estrella. Debido a esto, esencialmente descuidamos los protones y electrones no solares de nuestros cálculos de exposición a la radiación porque son insignificantes en su efecto sobre la dosis absorbida.

Sin embargo, los elementos pesados ​​expulsados ​​de eventos superenergéticos como la supernova son viajan a velocidades cercanas a la de la luz y, como resultado, tienen un efecto profundo en el tejido biológico y la electrónica que encuentran. Aunque constituyen una fracción muy pequeña del recuento total de partículas por unidad de volumen en el espacio, los efectos que pueden tener sobre la dosis absorbida no son despreciables. Por lo tanto, cuando hablamos de rayos cósmicos galácticos, generalmente estamos hablando de iones energéticos pesados ​​de eventos energéticos extrasolares y no de protones y electrones de fuentes extrasolares normales y cotidianas.

Esta es una buena respuesta, pero los GCR siguen siendo en su mayoría protones y partículas alfa. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_ray#Types
No estoy seguro de estar de acuerdo en un sentido práctico. Las partículas alfa se consideran partículas pesadas, por lo que creo que está en el contexto de la definición que proporcioné.La fracción de protones extrasolares en nuestro propio sistema solar es insignificante en comparación con los protones solares, hasta el punto de estar por debajo de la MDA de fondo dependiendo de la energía solar. condiciones. Sin embargo, el efecto de las CGR de helio, carbono y hierro es muy notable en los cálculos de dosis y en relación con los niveles de fondo.
El artículo de Wikipedia al que hice referencia me da una comprensión diferente. ¿Es exacto cuando dice que el 99% de los GCR son protones y núcleos de He? Si es así, no entiendo cómo las partículas (incluso) más pesadas podrían ser más importantes. He buscado antes explicaciones mejores en línea sin éxito. Su aportación también podría ser valiosa en esta sección: http://space.stackexchange.com/a/8666/4660
Ampliaré mi publicación para responder mejor a esto sin tener limitaciones de espacio de caracteres.
En resumen, esta es una definición de ciencia versus ingeniería. Los protones y los electrones son el producto más copioso de todas las estrellas, y los iones de menor masa son los siguientes. Sin embargo, si pudieras sumar todas las partículas de nuestro sistema, la mayoría (> 99%) provienen de nuestra estrella, por lo que descuidamos las partículas solares adicionales en los cálculos. Sin embargo, los iones superpesados ​​de supernovas no pueden pasarse por alto, por lo que normalmente guardamos la definición de GCR para describir esas partículas y no los protones y electrones de las emisiones solares tradicionales.
La respuesta ampliada es bastante útil, pero hice una nueva pregunta porque todavía me pregunto sobre la diferencia que hacen los protones de energía mucho más alta de los rayos cósmicos frente a los que provienen del sol, simplemente me parece que deben ser significativos a pesar de ser un muy pequeña fracción de los protones que hay. ¿Quizás no para la electrónica, sino para las personas? ¿Podría ser eso un factor en la forma en que se realizan los cálculos actualmente?
Envíame un enlace a tu nueva pregunta, no pude encontrarlo.
Oh, lo siento - http://space.stackexchange.com/q/9331/4660
Oye, ¿algún comentario / enlace sobre la densidad, el grosor y la eficacia?
#3
+7
JKor
2013-07-18 21:22:01 UTC
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Un posible material que se mencionó en Scientific American es la materia fecal. Los hidrocarburos que contiene pueden absorber la radiación de manera segura.
Sin embargo, la mayoría del público en general rechazaría esta posibilidad debido al factor de aspereza (como reciclar el agua purificando y desinfectando la orina).

Si eso funciona, ¿no deberían los hidrocarburos comunes funcionar también, en lugar de tener que provenir de materia fecal?
Es más viable utilizar materia fecal porque entonces no es necesario generar más masa para los hidrocarburos. La idea mencionada en Scientific American era "salir acolchado con comida, volver acolchado con materia fecal".
El público en general parece estar de acuerdo con que la gente de ISS beba sudor y orina reciclados (no puedo indagar dónde leí eso :-( Un artículo que mencionaba que el público no estaba interesado en los logros de ISS, y en su mayoría lo ignoró).
Habrá materia fecal a bordo del vehículo, ya sea que se utilice para proteger o no. Debe almacenarse de alguna manera. ¿Por qué no en los espacios vacíos de las paredes? Lo mismo ocurre con el agua potable y el agua "gris". Todavía habría necesidad de otro blindaje, pero al menos esto ahorra volumen interno en la nave espacial, y posiblemente los tanques separados en masa también. Tal vez.
#4
+3
Undo
2013-07-18 21:26:00 UTC
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Se habla de que podría ser posible utilizar imanes como escudo contra la radiación cósmica:

Los astronautas que viajan a la Estación Espacial Internacional están protegidos de gran parte de esta radiación por la atmósfera de la Tierra como así como por su “magnetosfera”, la burbuja magnetizada de plasma que rodea la Tierra creada por su campo magnético. Sin embargo, las personas en vuelos más largos no tendrán este blindaje natural y, por lo tanto, corren un mayor riesgo.

...

inyectar un plasma supersónico en un recipiente de vacío de 1,5 m de largo revestido con material magnético bobinas, con un imán de destino colocado en el extremo más alejado del recipiente. Utilizando imágenes ópticas y una sonda electromagnética, el equipo de Bamford demostró que el imán objetivo desviaba el plasma de manera que el volumen de espacio que rodeaba al imán estaba casi completamente libre de partículas de plasma.

- physicsworld. com

Una imagen que muestra cómo el campo magnético de la Tierra se encarga de esto:

enter image description here

¡Genial!

¡Eso suena asombroso! ¿Pero no consumiría demasiada energía para ser práctico para una misión de largo alcance?
@Gwenn Bueno, probablemente necesitaríamos algún tipo de motor increíblemente poderoso en primer lugar, ¿verdad? Además, también debe considerar las implicaciones energéticas del lanzamiento de una nave espacial recubierta de plomo.
@Undo, ¿está al tanto de algo más reciente que podría [agregar aquí] (http://space.stackexchange.com/q/20596/12102)?
@uhoh ¡No lo siento, lo siento!
@Undo OK, puede agregar esta información allí * como una respuesta complementaria *. Estoy buscando algo reciente, pero este es un trasfondo interesante. Solo un pensamiento.
#5
  0
Muze
2018-04-04 20:13:17 UTC
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Sé que esta no es una respuesta tan buena como la mayoría aquí. Yo diría que se podría inflar un dirigible alrededor de la nave y electrificar el gas para crear un blindaje electromagnético. Este método es ligero.

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

¿Qué es un gas electrificado? ¿Te refieres a ionizado? Los cinturones de la Tierra de Van Allen funcionan con el campo magnético de la Tierra pero están fuera de su atmósfera.
@Uwe una luz de neón o fluorescente es un buen ejemplo, pero ¿tal vez hay un gas que no se enciende permaneciendo transparente cuando se ioniza que emitirá un campo EM que puede bloquear la radiación?


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 3.0 bajo la que se distribuye.
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