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Radiación cósmica dura. Radiación y espacio: ¿lo que necesitas saber? (Secretos de “radiación” que esconde el espacio exterior)

¿Quién no ha soñado con volar al espacio aun sabiendo cómo es? radiación cósmica? Al menos vuela a la órbita de la Tierra o a la Luna, o mejor aún, más lejos, a algún Orión. De hecho, el cuerpo humano está muy poco adaptado a este tipo de viajes. Incluso cuando entran en órbita, los astronautas se enfrentan a muchos peligros que amenazan su salud y, en ocasiones, su vida. Todo el mundo vio la serie de televisión de culto Star Trek. Uno de los personajes maravillosos dio una descripción muy precisa del fenómeno de la radiación cósmica. "Es peligro y enfermedad en la oscuridad y el silencio", dijo Leonard McCoy, también conocido como Bony, también conocido como Bonesetter. Es muy difícil ser más preciso. La radiación cósmica durante el viaje hará que una persona se canse, se debilite, se enferme y sufra depresión.

Sentimientos en vuelo

El cuerpo humano no está adaptado a la vida en un espacio sin aire, ya que la evolución no incluyó tales habilidades en su arsenal. Se han escrito libros sobre esto, la medicina estudia en detalle este tema, se han creado centros en todo el mundo para estudiar los problemas de la medicina en el espacio, en condiciones extremas, a gran altura. Por supuesto, es divertido ver a un astronauta sonreír en la pantalla mientras varios objetos flotan en el aire a su alrededor. De hecho, su expedición es mucho más seria y está plagada de consecuencias de lo que le parece a un habitante común de la Tierra, y no es solo la radiación cósmica la que crea problemas.

A petición de periodistas, astronautas, ingenieros, científicos que han experimentado de primera mano todo lo que le sucede al hombre en el espacio, hablaron sobre la secuencia de diversas sensaciones nuevas en un entorno creado artificialmente y ajeno al cuerpo. Literalmente diez segundos después del inicio del vuelo, una persona desprevenida pierde el conocimiento porque aumenta la aceleración de la nave espacial, separándola del complejo de lanzamiento. Una persona todavía no siente los rayos cósmicos con tanta fuerza como en el espacio exterior: la radiación es absorbida por la atmósfera de nuestro planeta.

Problemas importantes

Pero también hay suficientes sobrecargas: una persona se vuelve cuatro veces más pesada que su propio peso, literalmente es presionada contra una silla, es difícil incluso mover el brazo. Todo el mundo ha visto estas sillas especiales, por ejemplo, en astronave"Unión". Pero no todos entendieron por qué el astronauta tenía una pose tan extraña. Sin embargo, es necesario porque las sobrecargas envían casi toda la sangre del cuerpo a las piernas y el cerebro se queda sin suministro de sangre, por lo que se producen desmayos. Pero una silla inventada en la Unión Soviética ayuda a evitar al menos este problema: la posición con las piernas levantadas obliga a la sangre a suministrar oxígeno a todas las partes del cerebro.

Diez minutos después del inicio del vuelo, la falta de gravedad hará que una persona casi pierda el sentido del equilibrio, la orientación y la coordinación en el espacio; es posible que ni siquiera pueda seguir los objetos en movimiento. Siente náuseas y vomita. Los rayos cósmicos pueden causar lo mismo: la radiación aquí ya es mucho más fuerte, y si hay una eyección de plasma al sol, la amenaza para la vida de los astronautas en órbita es real, incluso los pasajeros de las aerolíneas pueden sufrir en vuelo a gran altura. Se producen cambios en la visión, hinchazón y cambios en la retina de los ojos y el globo ocular se deforma. Una persona se debilita y no puede completar las tareas que se le asignan.

Rompecabezas

Sin embargo, de vez en cuando la gente también siente una alta radiación cósmica en la Tierra, por lo que no es necesario viajar al espacio exterior. Nuestro planeta es constantemente bombardeado por rayos de origen cósmico y los científicos sugieren que nuestra atmósfera no siempre ofrece suficiente protección. Existen muchas teorías que otorgan a estas partículas energéticas un poder que limita mucho las posibilidades de que los planetas tengan vida en ellas. En muchos sentidos, la naturaleza de estos rayos cósmicos sigue siendo un misterio insoluble para nuestros científicos.

Las partículas cargadas subatómicas en el espacio se mueven casi a la velocidad de la luz, ya se han registrado varias veces en satélites, e incluso en estos se encuentran los núcleos de elementos químicos, protones, electrones, fotones y neutrinos. También es posible que en el ataque de la radiación cósmica puedan estar presentes partículas, pesadas y superpesadas. Si pudieran descubrirse, se resolverían una serie de contradicciones en las observaciones cosmológicas y astronómicas.

Atmósfera

¿Qué nos protege de la radiación cósmica? Sólo nuestra atmósfera. Los rayos cósmicos, que amenazan con la muerte de todos los seres vivos, chocan en él y generan corrientes de otras partículas, inofensivas, incluidos los muones, parientes mucho más pesados de los electrones. Todavía existe un peligro potencial, ya que algunas partículas alcanzan la superficie de la Tierra y penetran muchas decenas de metros en sus profundidades. El nivel de radiación que recibe cualquier planeta indica su idoneidad o no para la vida. La alta energía que transportan los rayos cósmicos supera con creces la radiación de su propia estrella, porque la energía de los protones y fotones, por ejemplo, de nuestro Sol, es menor.

Y con la vida alta es imposible. En la Tierra, esta dosis está controlada por la fuerza del campo magnético del planeta y el espesor de la atmósfera, lo que reduce significativamente el peligro de la radiación cósmica. Por ejemplo, bien podría haber vida en Marte, pero allí la atmósfera es insignificante, no existe un campo magnético propio y, por tanto, no hay protección contra los rayos cósmicos que penetran todo el espacio. El nivel de radiación en Marte es enorme. Y la influencia de la radiación cósmica en la biosfera del planeta es tal que toda la vida en ella muere.

¿Qué es más importante?

Tenemos suerte, tenemos una atmósfera espesa que envuelve la Tierra y nuestro propio campo magnético bastante poderoso que absorbe las partículas dañinas que llegan a la corteza terrestre. Me pregunto de quién es la protección del planeta más activa: ¿la atmósfera o el campo magnético? Los investigadores están experimentando creando modelos de planetas, proporcionándoles o no un campo magnético. Y el campo magnético en sí difiere en intensidad entre estos modelos de planetas. Anteriormente, los científicos estaban seguros de que era la principal protección contra la radiación cósmica, ya que controlaban su nivel en la superficie. Sin embargo, se descubrió que la cantidad de radiación está determinada en mayor medida por el espesor de la atmósfera que recubre el planeta.

Si se “apaga” el campo magnético de la Tierra, la dosis de radiación sólo se duplicará. Esto es mucho, pero incluso para nosotros tendrá un efecto bastante insignificante. Y si abandonamos el campo magnético y eliminamos la atmósfera en una décima parte de su cantidad total, entonces la dosis mortal aumentará en dos órdenes de magnitud. Una terrible radiación cósmica matará a todo y a todos en la Tierra. Nuestro Sol es una estrella enana amarilla y es a su alrededor donde los planetas se consideran los principales candidatos a la habitabilidad. Estas estrellas son relativamente oscuras, hay muchas, aproximadamente el ochenta por ciento del número total de estrellas de nuestro Universo.

Espacio y evolución

Los teóricos han calculado que los planetas que orbitan alrededor de enanas amarillas, que se encuentran en zonas propicias para la vida, tienen propiedades mucho más débiles. campos magnéticos. Esto es especialmente cierto en el caso de las llamadas supertierras, grandes planetas rocosos con una masa diez veces mayor que la de nuestra Tierra. Los astrobiólogos confiaban en que los campos magnéticos débiles reducían significativamente las posibilidades de habitabilidad. Y ahora nuevos descubrimientos sugieren que este no es un problema de tan gran escala como la gente solía pensar. Lo principal sería el ambiente.

Los científicos están estudiando exhaustivamente el efecto del aumento de la radiación en los organismos vivos existentes: animales y diversas plantas. La investigación relacionada con la radiación implica exponerlos a diversos grados de radiación, desde niveles bajos hasta extremos, y luego determinar si sobrevivirán y qué tan diferentes se sentirán si lo hacen. Los microorganismos afectados por una radiación que aumenta gradualmente pueden mostrarnos cómo tuvo lugar la evolución en la Tierra. Fueron los rayos cósmicos y su alta radiación los que una vez obligaron al futuro hombre a bajarse de la palmera y estudiar el espacio. Y la humanidad nunca más volverá a los árboles.

Radiación cósmica 2017

A principios de septiembre de 2017, todo nuestro planeta estaba enormemente alarmado. El sol expulsó repentinamente toneladas de material solar tras la fusión de dos grandes grupos manchas oscuras. Y esta emisión estuvo acompañada de llamaradas de clase X, que obligaron al campo magnético del planeta a desgastarse literalmente. Siguió una gran tormenta magnética que provocó enfermedades en muchas personas, así como fenómenos naturales extremadamente raros y casi sin precedentes en la Tierra. Por ejemplo, cerca de Moscú y Novosibirsk se registraron potentes imágenes de la aurora boreal que nunca se habían visto en estas latitudes. Sin embargo, la belleza de tales fenómenos no eclipsó las consecuencias de una mortal erupción solar que impregnó el planeta con radiación cósmica, que resultó ser verdaderamente peligrosa.

Su potencia estaba cerca del máximo, X-9.3, donde la letra es la clase (flash extremadamente grande) y el número es la intensidad del flash (de diez posibles). Junto con este lanzamiento llegó la amenaza de falla del sistema. comunicaciones espaciales Y todo el equipo ubicado a bordo de los cosmonautas se vio obligado a esperar en un refugio especial a que pasara esta terrible corriente de radiación cósmica transmitida por los rayos cósmicos. La calidad de las comunicaciones durante estos dos días se deterioró significativamente tanto en Europa como en América, precisamente hacia donde se dirigía el flujo de partículas cargadas desde el espacio. Aproximadamente un día antes de que las partículas alcanzaran la superficie de la Tierra, se emitió una advertencia sobre la radiación cósmica, que sonó en todos los continentes y en todos los países.

poder del sol

La energía que emite nuestra estrella al espacio circundante es realmente enorme. En pocos minutos, muchos miles de millones de megatones, calculados en equivalente de TNT, vuelan al espacio. La humanidad sólo podrá producir tanta energía al ritmo actual dentro de un millón de años. Sólo una quinta parte de la energía total emitida por el Sol por segundo. ¡Y esta es nuestra pequeña y no demasiado sexy enana! Si te imaginas cuánta energía destructiva producen otras fuentes de radiación cósmica, junto a las cuales nuestro Sol parecerá un grano de arena casi invisible, te dará vueltas la cabeza. ¡Qué bendición que tengamos un buen campo magnético y una excelente atmósfera que nos impiden morir!

Las personas están expuestas a ese peligro todos los días, ya que la radiación radiactiva en el espacio nunca se agota. De allí nos llega la mayor parte de la radiación, de los agujeros negros y de los cúmulos de estrellas. Es capaz de matar con una gran dosis de radiación, y con una pequeña dosis puede convertirnos en mutantes. Sin embargo, también debemos recordar que la evolución en la Tierra se produjo gracias a tales flujos; la radiación cambió la estructura del ADN al estado que vemos hoy. Si pasamos por esta “medicina”, es decir, si la radiación emitida por las estrellas supera los niveles permisibles, los procesos serán irreversibles. Después de todo, si las criaturas mutan, no volverán a su estado original; aquí no hay ningún efecto inverso. Por lo tanto, nunca más veremos aquellos organismos vivos que estuvieron presentes en la vida recién nacida en la Tierra. Cualquier organismo intenta adaptarse a los cambios que ocurren en el medio ambiente. O muere o se adapta. Pero no hay vuelta atrás.

La ISS y la erupción solar

Cuando el Sol nos saludó con una corriente de partículas cargadas, la ISS estaba pasando entre la Tierra y la estrella. Los protones de alta energía liberados durante la explosión crearon una radiación de fondo completamente indeseable dentro de la estación. Estas partículas atraviesan absolutamente cualquier nave espacial. Sin embargo, esta radiación no afectó a la tecnología espacial, ya que el impacto fue potente, pero demasiado breve para desactivarla. Sin embargo, la tripulación estuvo escondida en un refugio especial todo este tiempo, porque el cuerpo humano es mucho más vulnerable. tecnología moderna. No hubo una sola llamarada, vinieron en una serie entera, y todo comenzó el 4 de septiembre de 2017, para sacudir el cosmos con una emisión extrema el 6 de septiembre. En los últimos doce años todavía no se ha observado un flujo más fuerte en la Tierra. La nube de plasma expulsada por el Sol alcanzó la Tierra mucho antes de lo previsto, lo que significa que la velocidad y potencia del flujo superó en una vez y media lo esperado. En consecuencia, el impacto en la Tierra fue mucho más fuerte de lo esperado. La nube se adelantó doce horas a todos los cálculos de nuestros científicos y, en consecuencia, perturbó aún más el campo magnético del planeta.

El poder de la tormenta magnética resultó ser cuatro de cinco posibles, es decir, diez veces mayor de lo esperado. En Canadá también se observaron auroras incluso en latitudes medias, como en Rusia. Se produjo una tormenta magnética planetaria en la Tierra. ¡Puedes imaginar lo que estaba pasando allí en el espacio! La radiación es el peligro más importante de todos los que existen allí. Se necesita protección inmediata tan pronto como la nave espacial abandone la atmósfera superior y deje campos magnéticos muy por debajo. Corrientes de partículas cargadas y descargadas (radiación) impregnan constantemente el espacio. Nos esperan las mismas condiciones en cualquier planeta del sistema solar: no hay campo magnético ni atmósfera en nuestros planetas.

Tipos de radiación

En el espacio, las radiaciones ionizantes se consideran las más peligrosas. Se trata de radiación gamma y rayos X del Sol, de partículas que vuelan tras las erupciones solares cromosféricas, de rayos cósmicos extragalácticos, galácticos y solares, del viento solar, de protones y electrones de cinturones de radiación, de partículas alfa y de neutrones. También hay radiación no ionizante: ultravioleta y radiación infrarroja del Sol, esto es radiación electromagnética y luz visible. No hay gran peligro en ellos. Estamos protegidos por la atmósfera y el astronauta está protegido por un traje espacial y el revestimiento de la nave.

Las radiaciones ionizantes causan daños irreparables. Este es un efecto nocivo en todos los procesos vitales que ocurren en el cuerpo humano. Cuando una partícula o fotón de alta energía atraviesa una sustancia en su camino, forma un par de partículas cargadas llamadas iones como resultado de la interacción con esta sustancia. Esto afecta incluso a la materia no viva, y la materia viva reacciona más violentamente, ya que la organización de células altamente especializadas requiere renovación, y este proceso ocurre dinámicamente mientras el organismo está vivo. Y cuanto mayor es el nivel de desarrollo evolutivo del organismo, más irreversible se vuelve el daño por radiación.

Protección de radiación

Los científicos buscan este tipo de herramientas en una variedad de áreas ciencia moderna, incluso en farmacología. Hasta el momento ningún fármaco ha dado resultados eficaces y los expuestos exposición a la radiación la gente sigue muriendo. Se llevan a cabo experimentos con animales tanto en la Tierra como en el espacio. Lo único que quedó claro fue que cualquier medicamento debe ser tomado por una persona antes del inicio de la radiación, y no después.

Y si tenemos en cuenta que todos estos medicamentos son tóxicos, podemos suponer que la lucha contra los efectos de la radiación aún no ha conducido a ninguna victoria. Incluso agentes farmacologicos tomados a tiempo, brindan protección solo contra la radiación gamma y los rayos X, pero no protegen contra la radiación ionizante de protones, partículas alfa y neutrones rápidos.

Dónde μ – coeficiente de atenuación de masa de la radiación de rayos X cm 2 /g, X/ ρ – espesor de masa de la protección g/cm2. Si se consideran varias capas, debajo del exponente hay varios términos con un signo menos.

Tasa de dosis de radiación absorbida de rayos X por unidad de tiempo norte determinado por la intensidad de la radiación I y coeficiente de absorción de masa μ ES

N = μ EN I

Para los cálculos, los coeficientes de extinción y absorción masiva para diferentes significados Las energías de los rayos X se toman según los coeficientes de atenuación de masa de rayos X del NIST.

En la Tabla 1 se muestran los parámetros utilizados y los resultados del cálculo de la dosis de radiación absorbida y equivalente de la protección.

Tabla 1. Características de la radiación de rayos X, coeficientes de atenuación en Al y coeficientes de absorción en el cuerpo, espesor de la protección, resultado del cálculo de la dosis de radiación absorbida y equivalente por día*

rayos x del sol			Coef. debilitado y absorbido		Dosis de radiación absorbida y equivalente procedente de protección externa, rad/día (mSv/día)
longitud ondas, A	mi, keV	promedio caudal, vatios/m2	Al, cm2/g	org. hueso, cm2/g	1,5 g/cm2 (LM-5)	0,35 g/cm 2 (scaf. Krechet)	0,25 g/cm 2 (andamio. XA-25)	0,15 g/cm 2 (andamio XA-15)	0,25 g/cm 2 (andamio XO-25)	0,21 g/cm 2 (andamio OrlanM)	0,17 g/cm2 (andamio A7L)
1,2560	10,0	1.0·10-6	26,2	28,5	0,0000	0,0006	0,0083	0,1114	1,0892	1,2862	1,5190
0,6280	20,0	3.0·10 -9	3,44	4,00	0,0001	0,0038	0,0054	0,0075	0,0061	0,0063	0,0065
0,4189	30,0	1.0·10 -9	1,13	1,33	0,0003	0,0010	0,0010	0,0012	0,0009	0,0009	0,0009
Radiaciones totales/día: mSv totales/día:					0,000 0,004	0,005 0,054	0,015 0,147	0,120 1,202	1,0961 10,961	1,2934 12,934	1,5263 15,263

*Nota: el espesor de la protección del LM-5 y de los trajes espaciales “Krechet”, “XA-25” y “XA-15” en equivalente de aluminio, que corresponde a 5,6, 1,3, 0,9 y 0,6 mm de chapa de aluminio; espesor de protección “ХО-25”, “Orlan-M” y A7L de sustancia equivalente a tejido, que corresponde a 2,3, 1,9 y 1,5 mm de sustancia equivalente a tejido.

Esta tabla se utiliza para estimar la dosis de radiación por día para otros valores de intensidad de radiación de rayos X, multiplicando por el coeficiente de la relación entre el valor de flujo tabulado y el promedio diario deseado. Los resultados del cálculo se muestran en la Fig. 3 y 4 en forma de escala de dosis de radiación absorbida.

Los cálculos muestran que un módulo lunar con un escudo de 1,5 g/cm 2 (o 5,6 mm Al) absorbe completamente la radiación de rayos X blanda y dura del Sol. Para la llamarada más poderosa del 4 de noviembre de 2003 (a partir de 2013 y registrada desde 1976), la intensidad de su radiación de rayos X en el pico fue de 28,10−4 W/m2 para radiación suave y 4,10−4 W /m2 para radiación fuerte. La intensidad media diaria será, respectivamente, de 10 W/m2 día y 1,3 W/m2. La dosis de radiación diaria para la tripulación es de 8 rad o 0,08 Gy, lo que es seguro para los humanos.

Se determina que la probabilidad de eventos como el 4 de noviembre de 2003 es de 30 minutos en 37 años. O igual a ~1/650000 hora-1. Ésta es una probabilidad muy baja. A modo de comparación, una persona promedio pasa ~300.000 horas fuera de casa en toda su vida, lo que corresponde a la posibilidad de ser testigo ocular del evento de rayos X del 4 de noviembre de 2003 con una probabilidad de 1/2.

Para determinar los requisitos de radiación de un traje espacial, consideramos las llamaradas de rayos X en el Sol, cuando su intensidad aumenta 50 veces para la radiación suave y 1000 veces para la radiación dura, en relación con el fondo diario promedio de máxima actividad solar. Según la Fig. 4, la probabilidad de que se produzcan tales eventos es de 3 brotes en 30 años. La intensidad de la radiación de rayos X suaves será igual a 4,3 W/m2 por día y para la radiación de rayos X duros será de 0,26 W/m2.

Requisitos de radiación y parámetros de un traje espacial lunar.

En un traje espacial en la superficie lunar, aumentan las dosis equivalentes de radiación de rayos X.

Cuando se utiliza el traje espacial "Krechet" para los valores tabulados de intensidad de radiación, la dosis de radiación será de 5 mrad/día. La protección contra la radiación de rayos X la proporcionan 1,2-1,3 mm de lámina de aluminio, lo que reduce la intensidad de la radiación en ~e9=7600 veces. Cuando se utiliza una lámina de aluminio de menor espesor, las dosis de radiación aumentan: para 0,9 mm Al – 15 mrad/día, para 0,6 mm Al – 120 mrad/día.

Según la OIEA, esta radiación de fondo se considera una condición normal para los seres humanos.

Cuando la potencia de radiación del Sol aumenta a un valor de 0,86 Watt/m 2 día, la dosis de radiación para protección de 0,6 mm Al es igual a 1,2 rad/ess, lo que está en el límite de las condiciones normales y peligrosas para la salud humana.

Traje espacial lunar “Krechet”. Vista de la trampilla abierta de la mochila por la que el astronauta entra en el traje espacial. En el marco de la Unión Soviética programa lunar era necesario crear un traje espacial que permitiera suficiente largo tiempo trabajar directamente en la Luna. Se llamó "Krechet" y se convirtió en el prototipo de los trajes espaciales "Orlan", que se utilizan hoy en día para trabajar en el espacio exterior. Peso 106 kilos.

La dosis de radiación aumenta en un orden de magnitud cuando se utiliza protección equivalente a un tejido (polímeros como mylar, nailon, fieltro, fibra de vidrio). Así, para el traje espacial Orlan-M, con una protección de 0,21 g/cm 2 de sustancia equivalente a tejido, la intensidad de la radiación disminuye ~e3=19 veces y la dosis de radiación de rayos X para el tejido óseo del cuerpo será 1,29 rad/esencia. Para protección 0,25 g/cm 2 y 0,17 g/cm 2, respectivamente, 1,01 y 1,53 rad/ess.

La tripulación del Apolo 16, John Young (comandante), Thomas Mattingly (piloto del módulo de comando) y Charles Duke (piloto del módulo lunar) vistiendo el traje espacial A7LB. Es difícil ponerse un traje espacial así por su cuenta.

Eugene Cernan con traje espacial A7LB, misión Apolo 17.

A7L: el principal tipo de traje espacial utilizado por los astronautas de la NASA en el programa Apolo hasta 1975. Vista en sección de la ropa exterior. La ropa de abrigo incluye: 1) tejido de fibra de vidrio resistente al fuego que pesa 2 kg, 2) pantalla de aislamiento térmico al vacío (EVTI) para proteger a una persona del sobrecalentamiento cuando está bajo el sol y de la pérdida excesiva de calor en la superficie no iluminada de la Luna, es un paquete de 7 capas de películas finas de Mylar y nailon con una superficie aluminizada brillante, se colocó un fino velo de fibras de Dacron entre las capas, el peso fue de 0,5 kg; 3) una capa antimeteorito hecha de nailon con un revestimiento de neopreno (de 3 a 5 mm de espesor) y que pesa entre 2 y 3 kg. La capa interior del traje espacial estaba hecha de tela duradera, plástico, tela engomada y caucho. La masa de la capa interior es ~20 kg. El kit incluía casco, manoplas, botas y refrigerante. El peso del conjunto de trajes espaciales extravehiculares A7L es de 34,5 kg.

Con un aumento de la intensidad de la radiación solar a un valor de 0,86 vatios/m 2 día, la dosis de radiación para protección es de 0,25 g/cm 2 , 0,21 g/cm 2 y 0,17 g/cm 2 de sustancia equivalente tisular , respectivamente, es 10,9, 12,9 y 15,3 rad/ess. Esta dosis equivale a 500-700 procedimientos de radiografía de tórax humano. Una dosis única de 10-15 rad afecta el sistema nervioso y la psique, el riesgo de leucemia sanguínea aumenta en un 5% y se observa retraso mental en los descendientes de los padres. Según la OIEA, esta radiación de fondo supone un peligro muy grave para los seres humanos.

Con una intensidad de radiación de rayos X de 4,3 vatios/m 2 al día, la dosis de radiación diaria es de 50 a 75 rad y provoca enfermedades por radiación.

El cosmonauta Mikhail Tyurin con el traje espacial Orlan-M. El traje se utilizó en la estación MIR y en la ISS de 1997 a 2009. Peso 112 kg. Actualmente, la ISS utiliza Orlan-MK (modernizado, informatizado). Peso 120 kilos.

La salida más sencilla es reducir el tiempo que un astronauta pasa bajo los rayos directos del Sol a 1 hora. La dosis de radiación absorbida en el traje espacial Orlan-M disminuirá a 0,5 rad. Otra posibilidad es operar a la sombra de la estación espacial, en cuyo caso la duración de la actividad extravehicular puede aumentar significativamente, a pesar de la alta radiación de rayos X externa. Si se encuentra en la superficie de la Luna mucho más allá de la base lunar, no siempre es posible regresar rápidamente y refugiarse. Puedes utilizar la sombra del paisaje lunar o un paraguas de rayos X...

Simple manera efectiva La protección contra la radiación de rayos X del Sol es el uso de láminas de aluminio en un traje espacial. Con 0,9 mm de Al (espesor 0,25 g/cm 2 en equivalente de aluminio), el traje tiene un margen de 67 veces respecto al fondo de rayos X promedio. Con un aumento de 10 veces en el fondo a 0,86 vatios/m 2 día, la dosis de radiación es de 0,15 rad/día. Incluso con un aumento repentino de 50 veces en el flujo de rayos X desde el fondo promedio hasta un valor de 4,3 vatios/m 2 día, la dosis de radiación absorbida por día no excederá los 0,75 rad.

Con 0,7 mm de Al (espesor 0,20 g/cm 2 en equivalente de aluminio), la protección mantiene un margen de radiación de 35 veces. A 0,86 Watt/m2 día, la dosis de radiación no será superior a 0,38 rad/día. A 4,3 Watt/m2 día, la dosis de radiación absorbida no excederá los 1,89 rad.

Los cálculos muestran que para proporcionar una protección radiológica de 0,25 g/cm 2 en equivalente de aluminio, se requiere un equivalente de tejido de 1,4 g/cm 2. Con este valor de protección masiva del traje espacial, su grosor aumentará varias veces y reducirá su usabilidad.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

En el caso de la radiación de protones, la protección equivalente a los tejidos tiene una ventaja del 20-30% sobre la del aluminio.

Cuando se expone a la radiación de rayos X, se prefiere la protección del traje en equivalente de aluminio a los polímeros. Esta conclusión coincide con los resultados de la investigación de David Smith y John Scalo.

Los trajes espaciales lunares deben tener dos parámetros de protección:

1) parámetro para proteger un traje espacial compuesto de sustancias equivalentes a tejidos contra la radiación de protones, no inferior a 0,21 g/cm 2 ;
2) el parámetro de protección del traje espacial en equivalente de aluminio contra la radiación de rayos X, no inferior a 0,20 g/cm 2 .

Cuando se utiliza protección Al en la capa exterior de un traje espacial con un área de 2,5 a 3 m2, el peso del traje espacial basado en Orlan-MK aumentará en 5 a 6 kg.

Para un traje espacial lunar, la dosis total absorbida de radiación del viento solar y de los rayos X del Sol en el año de máxima actividad solar será de 0,19 rad/día (dosis de radiación equivalente: 8,22 mSv/día). Un traje espacial de este tipo tiene un margen de seguridad radiológica de 4 veces para el viento solar y de 35 veces para la radiación de rayos X. No se necesitan medidas de protección adicionales, como paraguas de aluminio contra la radiación.

Para el traje espacial Orlan-M, respectivamente, 1,45 rad/día (dosis de radiación equivalente: 20,77 mSv/día). El traje tiene un margen de seguridad contra la radiación 4 veces superior al viento solar.

Para el traje espacial A7L (A7LB) de la misión Apolo, respectivamente, 1,70 rad/día (dosis de radiación equivalente: 23,82 mSv/día). El traje tiene un margen de seguridad contra la radiación triple para el viento solar.

Cuando una persona permanece continuamente durante 4 días en la superficie de la Luna con los modernos trajes espaciales tipo Orlan o A7L, recibe una dosis de radiación de 0,06-0,07 Gy, lo que representa un peligro para su salud. Esto es consistente con los hallazgos de David Smith y John Scalo. , que en el espacio cislunar, con un traje espacial moderno, dentro de 100 horas, con una probabilidad del 10%, una persona recibirá una dosis de radiación superior a 0,1 Gray, peligrosa para la salud y la vida. Los trajes espaciales tipo Orlan o A7L requieren medidas adicionales de protección contra rayos X, como sombrillas de aluminio contra la radiación.

El traje espacial lunar propuesto en la base de Orlan obtiene una dosis de radiación de 0,76 rad o 0,0076 Gy en 4 días. (Una hora de exposición al viento solar en la superficie lunar con un traje espacial corresponde a dos radiografías de tórax). Según la OIEA, el riesgo de radiación se reconoce como una condición normal para los seres humanos.

La NASA está probando un nuevo traje espacial para el próximo vuelo tripulado a la Luna en 2020.

Además del riesgo de radiación del viento solar y los rayos X del Sol, existe un flujo. Más sobre esto más adelante.

Desde su aparición en la Tierra, todos los organismos han existido, desarrollado y evolucionado bajo una exposición constante a la radiación. La radiación es igual de natural un fenómeno natural, como viento, mareas, lluvia, etc.

La radiación de fondo natural (NBR) estuvo presente en la Tierra en todas las etapas de su formación. Estuvo allí mucho antes de que apareciera la vida y luego la biosfera. La radiactividad y la radiación ionizante que la acompaña fueron un factor que influyó estado actual biosfera, evolución de la Tierra, vida en la Tierra y composición elemental del Sistema Solar. Cualquier organismo está expuesto a la radiación de fondo característica de un área determinada. Hasta la década de 1940 fue causado por dos factores: la desintegración de los radionucleidos de origen natural, ubicados tanto en el hábitat de un organismo determinado como en el propio organismo, y los rayos cósmicos.

Las fuentes de radiación natural (natural) son radionucleidos espaciales y naturales contenidos en forma y concentración naturales en todos los objetos de la biosfera: suelo, agua, aire, minerales, organismos vivos, etc. Cualquiera de los objetos que nos rodean y a nosotros mismos en sentido absoluto. Las palabras son radiactivas.

La población del mundo recibe la principal dosis de radiación de fuentes naturales de radiación. La mayoría de ellos son tales que es absolutamente imposible evitar la exposición a su radiación. A lo largo de la historia de la Tierra diferentes tipos La radiación penetra la superficie de la Tierra desde el espacio y proviene de sustancias radiactivas ubicadas en la corteza terrestre. Una persona está expuesta a la radiación de dos maneras. Las sustancias radiactivas pueden estar fuera del cuerpo e irradiarlo desde el exterior (en este caso hablamos de irradiación externa) o pueden acabar en el aire que respira una persona, en los alimentos o en el agua y entrar en el cuerpo (este método de irradiación se llama interna).

Cualquier habitante de la Tierra está expuesto a la radiación de fuentes naturales de radiación. Esto depende, en parte, del lugar donde vive la gente: los niveles de radiación en algunos lugares del mundo, especialmente donde se encuentran rocas radiactivas, son significativamente más altos que el promedio, y en otros lugares son más bajos. Las fuentes terrestres de radiación son colectivamente responsables de la mayor parte de la exposición a la que están expuestos los seres humanos a través de la radiación natural. En promedio, proporcionan más de 5/6 de la dosis equivalente efectiva anual que recibe la población, debido principalmente a la exposición interna. El resto lo aportan los rayos cósmicos, principalmente a través de la irradiación externa.

El fondo de radiación natural está formado por radiación cósmica (16%) y radiación creada por radionucleidos dispersos en la naturaleza contenidos en la corteza terrestre, el aire terrestre, el suelo, el agua, las plantas, los alimentos, en organismos animales y humanos (84%). La radiación de fondo tecnogénica se asocia principalmente con el procesamiento y movimiento de rocas, la combustión de carbón, petróleo, gas y otros combustibles fósiles, así como con las pruebas. armas nucleares y la energía nuclear.

La radiación natural de fondo es un factor ambiental integral que tiene un impacto significativo en la vida humana. La radiación de fondo natural varía ampliamente en las diferentes regiones de la Tierra. La dosis equivalente en el cuerpo humano es de media 2 mSv = 0,2 rem. El desarrollo evolutivo muestra que en condiciones naturales se proporcionan condiciones óptimas para la vida de humanos, animales y plantas. Por lo tanto, al evaluar los peligros causados por la radiación ionizante, es fundamental conocer la naturaleza y los niveles de exposición de diversas fuentes.

Dado que los radionucleidos, como cualquier átomo, forman ciertos compuestos en la naturaleza y, de acuerdo con su propiedades químicas forman parte de ciertos minerales, la distribución de los radionucleidos naturales en la corteza terrestre es desigual. La radiación cósmica, como se mencionó anteriormente, también depende de varios factores y puede diferir varias veces. Por tanto, la radiación natural de fondo es diferente en diferentes lugares del mundo. Esto está relacionado con la convención del concepto de "fondo de radiación normal": con la altitud sobre el nivel del mar, el fondo aumenta debido a la radiación cósmica, en lugares donde salen a la superficie granitos o arenas ricas en torio, la radiación de fondo también es mayor. , etcétera. Por tanto, sólo podemos hablar del fondo de radiación natural promedio para una determinada zona, territorio, país, etc.

La dosis efectiva promedio que recibe un habitante de nuestro planeta de fuentes naturales por año es 2,4 mSv .

Aproximadamente 1/3 de esta dosis se forma debido a la radiación externa (aproximadamente a partes iguales del espacio y de los radionucleidos) y 2/3 se debe a la radiación interna, es decir, los radionucleidos naturales ubicados dentro de nuestro cuerpo. La actividad humana específica promedio es de aproximadamente 150 Bq/kg. La radiación natural de fondo (exposición externa) al nivel del mar tiene un promedio de aproximadamente 0,09 μSv/h. Esto corresponde a aproximadamente 10 µR/h.

Radiación cósmica Es una corriente de partículas ionizantes que cae a la Tierra desde el espacio exterior. La composición de la radiación cósmica incluye:

La radiación cósmica consta de tres componentes que difieren en origen:

1) radiación de partículas capturadas por el campo magnético de la Tierra;

2) radiación cósmica galáctica;

3) radiación corpuscular del sol.

Radiación de partículas cargadas capturadas por el campo magnético de la Tierra: a una distancia de 1,2 a 8 radios terrestres se encuentran los llamados cinturones de radiación que contienen protones con una energía de 1 a 500 MeV (principalmente 50 MeV), electrones con una energía de aproximadamente 0,1 -0,4 MeV y una pequeña cantidad de partículas alfa.

Compuesto. Los rayos cósmicos galácticos están compuestos principalmente de protones (79%) y partículas alfa (20%), lo que refleja la abundancia de hidrógeno y helio en el Universo. De los iones pesados, los iones de hierro son los de mayor importancia debido a su intensidad relativamente alta y su gran número atómico.

Origen. Las fuentes de los rayos cósmicos galácticos son las llamaradas estelares, las explosiones de supernovas, la aceleración de púlsares, las explosiones de núcleos galácticos, etc.

Toda la vida. La vida útil de las partículas en la radiación cósmica es de unos 200 millones de años. El confinamiento de partículas se produce debido al campo magnético del espacio interestelar.

Interacción con la atmósfera. . Al entrar en la atmósfera, los rayos cósmicos interactúan con átomos de nitrógeno, oxígeno y argón. Las partículas chocan con los electrones con más frecuencia que con los núcleos, pero las partículas de alta energía pierden poca energía. En las colisiones con núcleos, las partículas casi siempre son eliminadas del flujo, por lo que el debilitamiento de la radiación primaria se debe casi en su totalidad a reacciones nucleares.

Cuando los protones chocan con los núcleos, los neutrones y los protones salen de los núcleos y se producen reacciones de fisión nuclear. Las partículas secundarias resultantes tienen una energía significativa y por sí mismas inducen las mismas reacciones nucleares, es decir, se forma toda una cascada de reacciones, se forma la llamada amplia lluvia atmosférica. Una sola partícula primordial de alta energía puede producir una lluvia de diez generaciones sucesivas de reacciones que producen millones de partículas.

Los nuevos núcleos y nucleones, que constituyen el componente nuclear activo de la radiación, se forman principalmente en las capas superiores de la atmósfera. En su parte inferior, el flujo de núcleos y protones se debilita significativamente debido a colisiones nucleares y mayores pérdidas por ionización. Al nivel del mar genera sólo un pequeño porcentaje de la tasa de dosis.

Radionucleidos cosmogénicos

Como resultado de reacciones nucleares que ocurren bajo la influencia de los rayos cósmicos en la atmósfera y parcialmente en la litosfera, se forman núcleos radiactivos. De estos, la mayor contribución a la creación de dosis la realizan (emisores β: 3 H (T 1/2 = 12,35 años), 14 C (T 1/2 = 5730 años), 22 Na (T 1/2 = 2,6 años) - ingresa al cuerpo humano con los alimentos. Como se desprende de los datos presentados, la mayor contribución a la radiación proviene del carbono 14. Un adulto consume ~ 95 kg de carbono por año con los alimentos.

Radiación solar, compuesto por radiación electromagnética hasta el rango de los rayos X, protones y partículas alfa;

Los tipos de radiación enumerados son primarios; desaparecen casi por completo a una altitud de unos 20 km debido a la interacción con las capas superiores de la atmósfera. En este caso, se forma radiación cósmica secundaria, que llega a la superficie de la Tierra y afecta a la biosfera (incluido el hombre). La radiación secundaria incluye neutrones, protones, mesones, electrones y fotones.

La intensidad de la radiación cósmica depende de varios factores:

Cambios en el flujo de radiación galáctica,

actividad solar,

latitud geográfica,

Altitud sobre el nivel del mar.

Dependiendo de la altitud, la intensidad de la radiación cósmica aumenta considerablemente.

Radionucleidos de la corteza terrestre.

En la corteza terrestre se encuentran dispersos isótopos de larga vida (con una vida media de miles de millones de años), que no tuvieron tiempo de desintegrarse durante la existencia de nuestro planeta. Probablemente se formaron simultáneamente con la formación de los planetas del Sistema Solar (los isótopos de vida relativamente corta se desintegraron por completo). Estos isótopos se denominan sustancias radiactivas naturales, es decir, aquellas que se formaron y se reforman constantemente sin intervención humana. A medida que se desintegran, forman isótopos intermedios, también radiactivos.

Las fuentes externas de radiación son más de 60 radionucleidos naturales que se encuentran en la biosfera de la Tierra. Los elementos radiactivos naturales están contenidos en cantidades relativamente pequeñas en todas las capas y el núcleo de la Tierra. Significado especial para los humanos tenemos elementos radiactivos de la biosfera, es decir. esa parte de la capa de la Tierra (lito, hidro y atmósfera) donde se encuentran los microorganismos, las plantas, los animales y los humanos.

Durante miles de millones de años hubo un proceso constante de desintegración radiactiva de núcleos atómicos inestables. Como resultado de esto, la radiactividad total de la sustancia y las rocas de la Tierra disminuyó gradualmente. Los isótopos de vida relativamente corta se desintegraron por completo. Se han conservado principalmente elementos con vidas medias medidas en miles de millones de años, así como productos secundarios de desintegración radiactiva de vida relativamente corta, que forman sucesivas cadenas de transformaciones, las llamadas familias de elementos radiactivos. En la corteza terrestre, los radionucleidos naturales pueden estar más o menos uniformemente dispersos o concentrados en forma de depósitos.

Radionucleidos naturales (naturales) se puede dividir en tres grupos:

Radionucleidos pertenecientes a familias radiactivas (series),

Otros radionucleidos (que no pertenecen a familias radiactivas) que pasaron a formar parte de la corteza terrestre durante la formación del planeta,

Los radionucleidos se formaron bajo la influencia de la radiación cósmica.

Durante la formación de la Tierra, los radionucleidos, junto con los nucleidos estables, también pasaron a formar parte de su corteza. La mayoría de estos radionucleidos pertenecen a las llamadas familias (series) radiactivas. Cada serie representa una cadena de transformaciones radiactivas sucesivas, cuando el núcleo formado durante la desintegración del núcleo principal también, a su vez, se desintegra, generando nuevamente un núcleo inestable, etc. El comienzo de dicha cadena es un radionucleido que no se forma. de otro radionúclido, pero está contenido en la corteza terrestre y la biosfera desde el momento de su nacimiento. Este radionúclido se llama ancestro y toda la familia (serie) lleva su nombre. En total, hay tres ancestros en la naturaleza: uranio-235, uranio-238 y torio-232 y, en consecuencia, tres series radiactivas: dos uranio y torio. Todas las series terminan con isótopos estables de plomo.

El torio tiene la vida media más larga (14 mil millones de años), por lo que se ha conservado casi por completo desde la acreción de la Tierra. El uranio-238 se desintegró en gran medida, la gran mayoría del uranio-235 se desintegró y el isótopo neptunio-232 se desintegró por completo. Por esta razón, hay mucho torio en la corteza terrestre (casi 20 veces más uranio) y uranio-235 es 140 veces menos que uranio-238. Dado que el antepasado de la cuarta familia (neptunio) se ha desintegrado por completo desde la acreción de la Tierra, está casi ausente de las rocas. Se ha encontrado neptunio en minerales de uranio en cantidades insignificantes. Pero su origen es secundario y se debe al bombardeo de núcleos de uranio-238 por neutrones de rayos cósmicos. El neptunio ahora se produce mediante reacciones nucleares artificiales. Para un ecologista no tiene ningún interés.

Aproximadamente el 0,0003% (según diversas fuentes, 0,00025-0,0004%) de la corteza terrestre es uranio. Es decir, un metro cúbico del suelo más común contiene una media de 5 gramos de uranio. Hay lugares donde esta cantidad es miles de veces mayor: estos son los depósitos de uranio. Un metro cúbico de agua de mar contiene aproximadamente 1,5 mg de uranio. Este elemento químico natural está representado por dos isótopos: 238U y 235U, cada uno de los cuales es el fundador de su propia serie radiactiva. La gran mayoría del uranio natural (99,3%) es uranio-238. Este radionucleido es muy estable, la probabilidad de su desintegración (es decir, desintegración alfa) es muy pequeña. Esta probabilidad se caracteriza por una vida media de 4.500 millones de años. Es decir, desde la formación de nuestro planeta, su cantidad se ha reducido a la mitad. De esto se deduce, a su vez, que la radiación de fondo en nuestro planeta solía ser mayor. Cadenas de transformaciones radiactivas que generan radionucleidos naturales de la serie del uranio:

La serie radiactiva incluye tanto radionucleidos de vida larga (es decir, radionucleidos con una vida media larga) como radionucleidos de vida corta, pero todos los radionucleidos de la serie existen en la naturaleza, incluso aquellos que se desintegran rápidamente. Esto se debe al hecho de que con el tiempo se ha establecido un equilibrio (el llamado "equilibrio secular"): la velocidad de desintegración de cada radionucleido es igual a la velocidad de su formación.

Existen radionucleidos naturales que penetraron en la corteza terrestre durante la formación del planeta y que no pertenecen a la serie del uranio ni del torio. En primer lugar, es potasio-40. El contenido de 40 K en la corteza terrestre es aproximadamente del 0,00027% (masa), la vida media es de 1,3 mil millones de años. El nucleido hijo, el calcio-40, es estable. El potasio-40 se encuentra en cantidades significativas en plantas y organismos vivos y contribuye de manera significativa a la dosis total de radiación interna para los humanos.

El potasio natural contiene tres isótopos: potasio-39, potasio-40 y potasio-41, de los cuales sólo el potasio-40 es radiactivo. La proporción cuantitativa de estos tres isótopos en la naturaleza es la siguiente: 93,08%, 0,012% y 6,91%.

El potasio-40 se descompone de dos maneras. Aproximadamente el 88% de sus átomos experimentan radiación beta y se convierten en átomos de calcio-40. El 12% restante de los átomos, que experimentan captura de K, se convierten en átomos de argón-40. El método potasio-argón para determinar la edad absoluta de rocas y minerales se basa en esta propiedad del potasio-40.

El tercer grupo de radionucleidos naturales está formado por radionucleidos cosmogénicos. Estos radionucleidos se forman bajo la influencia de la radiación cósmica de nucleidos estables como resultado de reacciones nucleares. Estos incluyen tritio, berilio-7, carbono-14, sodio-22. Por ejemplo, reacciones nucleares para formar tritio y carbono-14 a partir de nitrógeno bajo la influencia de neutrones cósmicos:

El carbono ocupa un lugar especial entre los radioisótopos naturales. El carbono natural está formado por dos isótopos estables, entre los que predomina el carbono-12 (98,89%). El resto es casi en su totalidad carbono-13 (1,11%).

Además de los isótopos estables del carbono, se conocen cinco isótopos radiactivos más. Cuatro de ellos (carbono-10, carbono-11, carbono-15 y carbono-16) tienen vidas medias muy cortas (segundos y fracciones de segundo). Un quinto radioisótopo, el carbono-14, tiene una vida media de 5.730 años.

En la naturaleza, la concentración de carbono-14 es extremadamente baja. Por ejemplo, en las plantas modernas hay un átomo de este isótopo por cada 10 9 átomos de carbono-12 y carbono-13. Sin embargo, con la llegada de las armas atómicas y tecnología nuclear El carbono 14 se produce artificialmente mediante la interacción de neutrones lentos con el nitrógeno atmosférico, por lo que su cantidad crece constantemente.

Existe cierta convención sobre qué entorno se considera "normal". Así, siendo la dosis efectiva anual “media planetaria” por persona de 2,4 mSv, en muchos países este valor es de 7 a 9 mSv/año. Es decir, desde tiempos inmemoriales, millones de personas han vivido en condiciones de cargas de dosis naturales varias veces superiores al promedio estadístico. Las investigaciones médicas y las estadísticas demográficas muestran que esto no afecta de ninguna manera a sus vidas y no tiene ningún impacto negativo en su salud o la de sus hijos.

Hablando de la convencionalidad del concepto de fondo natural "normal", también podemos señalar una serie de lugares del planeta donde el nivel de radiación natural supera el promedio estadístico no sólo varias veces, sino también decenas de veces (tabla); decenas y cientos de miles de habitantes están expuestos a este efecto. Y esta también es la norma, esto tampoco afecta de ninguna manera su salud. Además, muchas zonas con una mayor radiación ambiental han sido durante siglos lugares de turismo de masas (costas marinas) y centros turísticos reconocidos (Aguas Minerales del Cáucaso, Karlovy Vary, etc.).

Uno de los principales factores biológicos negativos en el espacio exterior, junto con la ingravidez, es la radiación. Pero si la situación con la ingravidez en varios cuerpos del Sistema Solar (por ejemplo, en la Luna o Marte) es mejor que en la ISS, entonces con la radiación las cosas son más complicadas.

Según su origen, la radiación cósmica es de dos tipos. Se compone de rayos cósmicos galácticos (GCR) y protones pesados con carga positiva que emanan del Sol. Estos dos tipos de radiación interactúan entre sí. Durante la actividad solar, la intensidad de los rayos galácticos disminuye y viceversa. Nuestro planeta está protegido del viento solar por un campo magnético. A pesar de ello, algunas partículas cargadas llegan a la atmósfera. El resultado es un fenómeno conocido como aurora. Los GCR de alta energía casi no son retardados por la magnetosfera, pero no llegan a la superficie de la Tierra en cantidades peligrosas debido a su densa atmósfera. La órbita de la ISS se encuentra por encima de las densas capas de la atmósfera, pero dentro de los cinturones de radiación de la Tierra. Debido a esto, el nivel de radiación cósmica en la estación es mucho mayor que en la Tierra, pero significativamente menor que en el espacio exterior. En términos de sus propiedades protectoras, la atmósfera terrestre equivale aproximadamente a una capa de plomo de 80 centímetros.

La única fuente confiable de dosis de radiación que se puede recibir durante los vuelos espaciales de larga duración y en la superficie de Marte es el instrumento RAD del Mars Science Laboratory, más conocido como Curiosity. Para comprender qué tan precisos son los datos que recopila, miremos primero la ISS.

En septiembre de 2013, la revista Science publicó un artículo sobre los resultados de la herramienta RAD. Un gráfico comparativo elaborado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (una organización no asociada con experimentos realizados en la ISS, pero que trabaja con el instrumento RAD del rover Curiosity) indica que durante una estancia de seis meses en una estación espacial cercana a la Tierra, una persona recibe una dosis de radiación aproximadamente igual a 80 mSv (milisievert). Pero una publicación de la Universidad de Oxford de 2006 (ISBN 978-0-19-513725-5) afirma que un astronauta en la ISS recibe una media de 1 mSv al día, es decir, la dosis semestral debería ser de 180 mSv. Como resultado, vemos una enorme dispersión en las estimaciones del nivel de radiación en la órbita terrestre baja, estudiada durante mucho tiempo.

Los principales ciclos solares tienen una duración de 11 años y, dado que el GCR y el viento solar están interconectados, para realizar observaciones estadísticamente confiables es necesario estudiar los datos de radiación en diferentes partes del ciclo solar. Desafortunadamente, como se indicó anteriormente, todos los datos que tenemos sobre la radiación en el espacio exterior fueron recopilados en los primeros ocho meses de 2012 por MSL en su camino a Marte. A lo largo de los años acumuló información sobre la radiación en la superficie del planeta. Esto no significa que los datos sean incorrectos. Sólo hay que entender que sólo pueden reflejar las características de un período de tiempo limitado.

Los últimos datos de la herramienta RAD se publicaron en 2014. Según los científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, durante una estancia de seis meses en la superficie de Marte, una persona recibirá una dosis media de radiación de unos 120 mSv. Esta cifra está a medio camino entre las estimaciones inferior y superior de la dosis de radiación en la ISS. Durante el vuelo a Marte, si además dura seis meses, la dosis de radiación será de 350 mSv, es decir, entre 2 y 4,5 veces más que en la ISS. Durante su vuelo, MSL experimentó cinco erupciones solares de potencia moderada. No sabemos con certeza qué dosis de radiación recibirán los astronautas en la Luna, ya que durante el programa Apolo no se realizaron experimentos que estudiaran específicamente la radiación cósmica. Sus efectos se han estudiado sólo en combinación con los efectos de otros fenómenos negativos, como la influencia del polvo lunar. Sin embargo, se puede suponer que la dosis será mayor que en Marte, ya que la Luna no está protegida ni siquiera por una atmósfera débil, pero menor que en el espacio exterior, ya que una persona en la Luna será irradiada sólo "desde arriba" y “desde los lados”, pero no desde debajo de tus pies./

En conclusión, se puede señalar que la radiación es un problema que definitivamente requerirá solución en caso de colonización del Sistema Solar. Sin embargo, la creencia generalizada de que el entorno de radiación fuera de la magnetosfera de la Tierra no permite vuelos espaciales de larga duración simplemente no es cierta. Para un vuelo a Marte, será necesario instalar una capa protectora en todo el módulo residencial del complejo de vuelos espaciales o en un compartimento separado y especialmente protegido para "tormentas", en el que los astronautas pueden esperar a que pasen las lluvias de protones. Esto no significa que los desarrolladores tengan que utilizar complejos sistemas antirradiación. Para reducir significativamente el nivel de radiación, basta con un revestimiento aislante térmico, que se utiliza en los vehículos de descenso de naves espaciales para proteger contra el sobrecalentamiento durante el frenado en la atmósfera terrestre.

cinta espacial

Un cómic sobre cómo los científicos explorarán Marte en la lucha contra la radiación cósmica.

Examina varias vías de investigación futura para proteger a los astronautas de la radiación, incluida la terapia con medicamentos, la ingeniería genética y la tecnología de hibernación. Los autores también señalan que la radiación y el envejecimiento matan al cuerpo de manera similar, y sugieren que las formas de combatir uno también pueden funcionar contra el otro. Un artículo con un lema de lucha en el título: ¡Viva la radiorresistencia! ("¡Viva la resistencia a la radiación!") se publicó en la revista Oncotarget.

“El renacimiento de la exploración espacial probablemente conducirá a las primeras misiones humanas a Marte y al espacio profundo. Pero para sobrevivir en condiciones de mayor radiación cósmica, la gente tendrá que volverse más resistente a los factores externos. En este artículo, proponemos una metodología para lograr una mayor radiorresistencia, resistencia al estrés y resistencia al envejecimiento. Mientras trabajábamos en la estrategia, reunimos a destacados científicos de Rusia, así como de la NASA, la Agencia Espacial Europea, el Centro Canadiense de Radiación y más de otros 25 centros de todo el mundo. Las tecnologías de radiorresistencia también serán útiles en la Tierra, especialmente si el “efecto secundario” es una longevidad saludable”, comenta Alexander Zhavoronkov, profesor asociado del MIPT.

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Nos aseguraremos de que la radiación no impida a la humanidad conquistar el espacio y colonizar Marte. Gracias a los científicos volaremos al Planeta Rojo y allí haremos discoteca y barbacoa. .

Espacio versus hombre

“A escala cósmica, nuestro planeta es sólo una pequeña nave, bien protegida de la radiación cósmica. El campo magnético de la Tierra desvía las partículas cargadas solares y galácticas, reduciendo así significativamente el nivel de radiación en la superficie del planeta. Durante los vuelos espaciales de larga distancia y la colonización de planetas con campos magnéticos muy débiles (por ejemplo, Marte), no habrá tal protección, y los astronautas y colonos estarán constantemente expuestos a corrientes de partículas cargadas con enorme energía. De hecho, el futuro cósmico de la humanidad depende de cómo superemos este problema”, afirma Andreyan Osipov, jefe del departamento de radiobiología experimental y medicina radiológica del Centro Médico Biofísico Federal que lleva el nombre de A. I. Burnazyan, profesor de la Academia de Ciencias de Rusia. empleado del Laboratorio para el Desarrollo de Medicamentos Innovadores del MIPT.

El hombre está indefenso ante los peligros del espacio: la radiación solar, los rayos cósmicos galácticos, los campos magnéticos, el entorno radiactivo de Marte, el cinturón de radiación de la Tierra, la microgravedad (ingravidez).

La humanidad se ha propuesto seriamente colonizar Marte: SpaceX promete llevar humanos al Planeta Rojo a partir de 2024, pero algunos problemas importantes aún no se han resuelto. Por tanto, uno de los principales riesgos para la salud de los astronautas es la radiación cósmica. Las radiaciones ionizantes dañan las moléculas biológicas, en particular el ADN, lo que provoca diversos trastornos: sistema nervioso, del sistema cardiovascular y, principalmente, al cáncer. Los científicos proponen unir fuerzas y, utilizando los últimos avances en biotecnología, aumentar la radiorresistencia humana para que pueda conquistar las inmensidades del espacio profundo y colonizar otros planetas.

defensa humana

El cuerpo tiene formas de protegerse del daño del ADN y repararlo. Nuestro ADN está constantemente expuesto a la radiación natural, así como a especies reactivas de oxígeno (ROS), que se forman durante la respiración celular normal. Pero cuando se repara el ADN, especialmente en casos de daños graves, pueden producirse errores. La acumulación de daño en el ADN se considera una de las principales causas del envejecimiento, por lo que la radiación y el envejecimiento son enemigos similares de la humanidad. Sin embargo, las células pueden adaptarse a la radiación. Se ha demostrado que una pequeña dosis de radiación no sólo no causa daño, sino que también prepara a las células para enfrentar dosis más altas. Ahora estándares internacionales La protección radiológica no tiene esto en cuenta. Investigaciones recientes sugieren que existe un cierto umbral de radiación, por debajo del cual se aplica el principio “duro en el entrenamiento, fácil en la batalla”. Los autores del artículo creen que es necesario estudiar los mecanismos de adaptabilidad radioeléctrica para poder ponerlos en servicio.

Formas de aumentar la radiorresistencia: 1) terapia génica, ingeniería genética múltiple, evolución experimental; 2) biobancos, tecnologías regenerativas, ingeniería de tejidos y órganos, renovación celular inducida, terapia celular; 3) radioprotectores, geroprotectores, antioxidantes; 4) hibernación; 5) componentes orgánicos deuterados; 6) selección médica de personas radiorresistentes.

El jefe del Laboratorio de Genética de la Esperanza de Vida y el Envejecimiento del MIPT, miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia y Doctor en Ciencias Biológicas, Alexey Moskalev, explica: “Nuestros estudios a largo plazo sobre los efectos de bajas dosis de radiación ionizante en la esperanza de vida En modelos animales se ha demostrado que pequeños efectos dañinos pueden estimular los sistemas de defensa de las células y del propio cuerpo (reparación del ADN, proteínas de choque térmico, eliminación de células no viables, inmunidad innata). Sin embargo, en el espacio, los humanos se encontrarán con una gama de dosis de radiación más amplia y peligrosa. Hemos acumulado una gran base de datos de geroprotectores. El conocimiento adquirido sugiere que muchos de ellos funcionan mediante el mecanismo de activación de capacidades de reserva y aumento de la resistencia al estrés. Es probable que ese estímulo ayude a los futuros colonizadores del espacio exterior”.

Ingeniería de astronautas

Además, la radiorresistencia difiere entre las personas: algunas son más resistentes a la radiación, otras menos. La selección médica de individuos radiorresistentes implica tomar muestras de células de candidatos potenciales y analizar exhaustivamente la radioadaptabilidad de estas células. Aquellos que sean más resistentes a la radiación volarán al espacio. Además, es posible realizar estudios de todo el genoma de personas que viven en áreas con nivel alto radiación de fondo o aquellos expuestos a ella por profesión. Las diferencias genómicas de personas menos susceptibles al cáncer y otras enfermedades relacionadas con la radiación podrían en el futuro aislarse e “injertarse” en astronautas utilizando métodos modernos de ingeniería genética, como la edición del genoma.

Hay varias opciones en las que es necesario introducir genes para aumentar la radiorresistencia. En primer lugar, los genes antioxidantes ayudarán a proteger las células de las especies reactivas de oxígeno producidas por la radiación. Alguno grupos experimentales ya han intentado con éxito reducir la sensibilidad a la radiación utilizando dichos transgenes. Sin embargo, este método no lo salvará de la exposición directa a la radiación, solo de la exposición indirecta.

Puede introducir genes para proteínas responsables de la reparación del ADN. Ya se han llevado a cabo experimentos de este tipo: algunos genes realmente ayudaron y otros provocaron una mayor inestabilidad genómica, por lo que esta área espera nuevas investigaciones.

Un método más prometedor es el uso de transgenes radioprotectores. Muchos organismos (como los tardígrados) tienen un alto grado de radiorresistencia y, si descubrimos qué genes y mecanismos moleculares hay detrás de esto, se podrán traducir a los humanos mediante terapia génica. Para matar al 50% de los tardígrados, se necesita una dosis de radiación 1000 veces mayor que la letal para los humanos. Recientemente se ha descubierto una proteína que se cree que es uno de los factores de dicha resistencia: el llamado supresor de daños Dsup. En un experimento con una línea celular humana, resultó que la introducción del gen Dsup reduce el daño en un 40%. Esto convierte al gen en un candidato prometedor para proteger a los humanos de la radiación.

Botiquín de primeros auxilios para luchadores

Los medicamentos que aumentan la defensa del cuerpo contra la radiación se denominan "radioprotectores". Hasta la fecha, sólo existe un radioprotector aprobado por la FDA. Pero las principales vías de señalización de las células que intervienen en los procesos de patologías seniles también están implicadas en las respuestas a la radiación. En base a esto, los geroprotectores, medicamentos que reducen la tasa de envejecimiento y prolongan la esperanza de vida, también pueden servir como radioprotectores. Según las bases de datos Geroprotectors.org y DrugAge, existen más de 400 geroprotectores potenciales. Los autores creen que será útil revisar los medicamentos existentes para determinar sus propiedades geroprotectoras y radioprotectoras.

Dado que la radiación ionizante también actúa a través de especies reactivas de oxígeno, los absorbentes redox o, más simplemente, los antioxidantes como el glutatión, el NAD y su precursor NMN, pueden ayudar a hacer frente a la radiación. Estos últimos parecen desempeñar un papel importante en la respuesta al daño del ADN y, por tanto, son de gran interés desde el punto de vista de la protección contra la radiación y el envejecimiento.

Hipernación en hibernación

Poco después del lanzamiento de los primeros vuelos espaciales, el principal diseñador del programa espacial soviético, Sergei Korolev, comenzó a desarrollar un ambicioso proyecto para un vuelo tripulado a Marte. Su idea era poner a la tripulación en estado de hibernación durante los viajes espaciales largos. Durante la hibernación, todos los procesos del cuerpo se ralentizan. Los experimentos con animales muestran que en este estado aumenta la resistencia a factores extremos: temperaturas más bajas, dosis letales de radiación, sobrecargas, etc. En la URSS, el proyecto Marte se cerró tras la muerte de Sergei Korolev. Y actualmente el europeo agencia Espacial trabaja en el proyecto Aurora para vuelos a Marte y la Luna, que contempla la opción de hibernar a los astronautas. La ESA cree que la hibernación proporcionará mayor seguridad durante los vuelos automatizados de larga duración. Si hablamos de la futura colonización del espacio, entonces es más fácil transportar y proteger de la radiación un banco de células germinales criopreservadas que una población de personas "preparadas". Pero es evidente que esto no será en un futuro próximo, y tal vez para entonces los métodos de radioprotección estén lo suficientemente desarrollados como para que la gente no tenga miedo al espacio.

Artillería pesada

Todos los compuestos orgánicos contienen enlaces carbono-hidrógeno (C-H). Sin embargo, es posible sintetizar compuestos que contengan deuterio en lugar de hidrógeno, un análogo más pesado del hidrógeno. Debido a su mayor masa, los enlaces con el deuterio son más difíciles de romper. Sin embargo, el cuerpo está diseñado para trabajar con hidrógeno, por lo que si se reemplaza demasiado hidrógeno con deuterio, puede tener malas consecuencias. Se ha demostrado en varios organismos que la adición de agua deuterada aumenta la esperanza de vida y tiene efectos anticancerígenos, pero más del 20% de agua deuterada en la dieta comienza a tener efectos tóxicos. Los autores del artículo creen que se deben realizar ensayos preclínicos y buscar un umbral de seguridad.

Una alternativa interesante es sustituir no el hidrógeno, sino el carbono por un análogo más pesado. El 13 C es sólo un 8% más pesado que el 12 C, mientras que el deuterio es un 100% más pesado que el hidrógeno; estos cambios serán menos críticos para el cuerpo. Sin embargo, este método no protegerá contra brecha NH Y comunicación OH, que mantienen unidas las bases del ADN. Además, la producción de 13 C es actualmente muy cara. Sin embargo, si se pueden reducir los costos de producción, la sustitución del carbono podría proporcionar protección humana adicional contra la radiación cósmica.

“El problema de la seguridad radiológica de los participantes en misiones espaciales pertenece a una clase de problemas muy complejos que no pueden resolverse en el marco de un centro científico ni siquiera de un país entero. Es por ello que decidimos reunir a especialistas de los principales centros de Rusia y de todo el mundo para conocer y consolidar su visión sobre las formas de solucionar este problema. En particular, entre los autores rusos del artículo se encuentran científicos de la FMBC que llevan su nombre. A.I. Burnazyan, Instituto de Problemas Biomédicos de la Academia de Ciencias de Rusia, MIPT y otras instituciones de fama mundial. Durante el trabajo en el proyecto, muchos de sus participantes se conocieron por primera vez y ahora planean continuar la investigación conjunta que habían comenzado”, concluye el coordinador del proyecto Ivan Ozerov, radiobiólogo, jefe del grupo de análisis de vías de señalización celular. en la startup Insilico de Skolkovo.

Diseñadora Elena Khavina, servicio de prensa del MIPT