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Rayonnement cosmique dur. Rayonnement et espace : que faut-il savoir ? (Les secrets des « radiations » que cache l’espace extra-atmosphérique)

Qui n’a pas rêvé de voler dans l’espace, même en sachant à quoi cela ressemble ? rayonnement cosmique? Volez au moins vers l'orbite terrestre ou vers la Lune, ou mieux encore - plus loin, vers un Orion. En fait, le corps humain est très peu adapté à de tels déplacements. Même lorsqu’ils volent en orbite, les astronautes sont confrontés à de nombreux dangers qui menacent leur santé et parfois leur vie. Tout le monde a regardé la série télévisée culte Star Trek. L’un des merveilleux personnages y a donné une description très précise du phénomène du rayonnement cosmique. "C'est le danger et la maladie dans l'obscurité et le silence", a déclaré Leonard McCoy, alias Bony, alias Bonesetter. Il est très difficile d'être plus précis. Le rayonnement cosmique pendant le voyage rendra une personne fatiguée, faible, malade et souffrant de dépression.

Sentiments en vol

Le corps humain n'est pas adapté à la vie dans un espace sans air, puisque l'évolution n'a pas inclus de telles capacités dans son arsenal. Des livres ont été écrits à ce sujet, cette question est étudiée en détail par la médecine, des centres ont été créés partout dans le monde pour étudier les problèmes de la médecine dans l'espace, dans des conditions extrêmes, à haute altitude. Bien sûr, c’est amusant de voir un astronaute sourire sur l’écran tandis que divers objets flottent dans les airs autour de lui. En fait, son expédition est beaucoup plus sérieuse et lourde de conséquences qu'il n'y paraît à un habitant ordinaire de la Terre, et ce n'est pas seulement le rayonnement cosmique qui crée des problèmes.

À la demande de journalistes, d'astronautes, d'ingénieurs et de scientifiques, qui ont vécu de première main tout ce qui arrive à une personne dans l'espace, ils ont parlé de la séquence de diverses nouvelles sensations dans un environnement créé artificiellement et étranger au corps. Littéralement dix secondes après le début du vol, une personne non préparée perd connaissance car l'accélération du vaisseau spatial augmente, le séparant du complexe de lancement. Une personne ne ressent pas encore les rayons cosmiques aussi fortement que dans l'espace - le rayonnement est absorbé par l'atmosphère de notre planète.

Problèmes majeurs

Mais il y a aussi assez de surcharges : une personne devient quatre fois plus lourde que son propre poids, elle est littéralement pressée contre une chaise, il est même difficile de bouger son bras. Tout le monde a vu ces chaises spéciales, par exemple dans vaisseau spatial"Syndicat". Mais tout le monde n’a pas compris pourquoi l’astronaute avait une pose si étrange. Cependant, cela est nécessaire car les surcharges envoient presque tout le sang du corps vers les jambes et le cerveau se retrouve sans apport sanguin, ce qui provoque des évanouissements. Mais une chaise inventée en Union soviétique permet d'éviter au moins ce problème : la position avec les jambes surélevées oblige le sang à fournir de l'oxygène à toutes les parties du cerveau.

Dix minutes après le début du vol, le manque de gravité fera presque perdre le sens de l'équilibre, de l'orientation et de la coordination dans l'espace ; une personne peut même ne pas être en mesure de suivre des objets en mouvement. Il a la nausée et vomit. Les rayons cosmiques peuvent provoquer la même chose - le rayonnement ici est déjà beaucoup plus fort, et s'il y a une éjection de plasma vers le soleil, la menace pour la vie des astronautes en orbite est réelle, même les passagers des compagnies aériennes peuvent souffrir en vol à haute altitude. Des changements de vision, un gonflement et des changements se produisent dans la rétine des yeux et le globe oculaire se déforme. Une personne devient faible et ne peut pas accomplir les tâches qui lui sont assignées.

Des énigmes

Cependant, de temps en temps, les gens ressentent également un rayonnement cosmique élevé sur Terre ; pour cela, ils n'ont pas nécessairement besoin de voyager dans l'espace. Notre planète est constamment bombardée par des rayons d’origine cosmique, et les scientifiques suggèrent que notre atmosphère n’offre pas toujours une protection suffisante. Il existe de nombreuses théories qui confèrent à ces particules énergétiques un pouvoir qui limite considérablement les chances que les planètes abritent de la vie. À bien des égards, la nature de ces rayons cosmiques reste encore un mystère insoluble pour nos scientifiques.

Les particules chargées subatomiques dans l'espace se déplacent presque à la vitesse de la lumière, elles ont déjà été enregistrées à plusieurs reprises sur des satellites, et même sur ceux-ci se trouvent les noyaux d'éléments chimiques, de protons, d'électrons, de photons et de neutrinos. Il est également possible que des particules – lourdes et super-lourdes – soient présentes lors de l’attaque du rayonnement cosmique. S’ils pouvaient être découverts, un certain nombre de contradictions dans les observations cosmologiques et astronomiques seraient résolues.

Atmosphère

Qu'est-ce qui nous protège des radiations cosmiques ? Seulement notre atmosphère. Les rayons cosmiques, menaçant la mort de tous les êtres vivants, s'y heurtent et génèrent des flux d'autres particules - inoffensives, dont les muons, parents bien plus lourds des électrons. Un danger potentiel existe toujours, car certaines particules atteignent la surface de la Terre et pénètrent plusieurs dizaines de mètres dans ses profondeurs. Le niveau de rayonnement que reçoit une planète indique son adéquation ou son inaptitude à la vie. La haute énergie que transportent les rayons cosmiques dépasse de loin le rayonnement de sa propre étoile, car l'énergie des protons et des photons, par exemple de notre Soleil, est plus faible.

Et avec une vie élevée, c'est impossible. Sur Terre, cette dose est contrôlée par la force du champ magnétique de la planète et l’épaisseur de l’atmosphère ; elles réduisent considérablement le danger du rayonnement cosmique. Par exemple, il pourrait bien y avoir de la vie sur Mars, mais l'atmosphère y est négligeable, il n'y a pas de champ magnétique propre et il n'y a donc aucune protection contre les rayons cosmiques qui pénètrent dans tout l'espace. Le niveau de rayonnement sur Mars est énorme. Et l’influence du rayonnement cosmique sur la biosphère de la planète est telle que toute vie y meurt.

Qu'est-ce qui est le plus important ?

Nous avons de la chance, nous avons à la fois une atmosphère épaisse qui enveloppe la Terre et notre propre champ magnétique assez puissant qui absorbe les particules nocives qui atteignent la croûte terrestre. Je me demande quelle protection de la planète fonctionne le plus activement : l'atmosphère ou le champ magnétique ? Les chercheurs expérimentent en créant des modèles de planètes, en leur fournissant ou non un champ magnétique. Et le champ magnétique lui-même diffère en intensité entre ces modèles de planètes. Auparavant, les scientifiques étaient sûrs qu'il s'agissait de la principale protection contre le rayonnement cosmique, puisqu'ils contrôlaient son niveau à la surface. Cependant, il a été découvert que la quantité de rayonnement est davantage déterminée par l’épaisseur de l’atmosphère qui recouvre la planète.

Si le champ magnétique sur Terre est « désactivé », la dose de rayonnement ne fera que doubler. C'est beaucoup, mais même pour nous, cela aura un effet plutôt insignifiant. Et si vous quittez le champ magnétique et supprimez l'atmosphère jusqu'à un dixième de sa quantité totale, alors la dose mortelle augmentera - de deux ordres de grandeur. De terribles radiations cosmiques tueront tout et tout le monde sur Terre. Notre Soleil est une étoile naine jaune, et c'est autour d'elle que les planètes sont considérées comme les principaux prétendants à l'habitabilité. Ces étoiles sont relativement sombres, elles sont nombreuses, environ quatre-vingts pour cent du nombre total d'étoiles de notre Univers.

Espace et évolution

Les théoriciens ont calculé que les planètes en orbite autour de naines jaunes, situées dans des zones propices à la vie, ont des caractéristiques beaucoup plus faibles. champs magnétiques. Cela est particulièrement vrai pour les soi-disant super-Terres, de grandes planètes rocheuses dont la masse est dix fois supérieure à celle de notre Terre. Les astrobiologistes étaient convaincus que les faibles champs magnétiques réduisaient considérablement les chances d'habitabilité. Et maintenant, de nouvelles découvertes suggèrent qu’il ne s’agit pas d’un problème à aussi grande échelle qu’on le pensait. L'essentiel serait l'ambiance.

Les scientifiques étudient de manière approfondie l'effet de l'augmentation des rayonnements sur les organismes vivants existants - les animaux, ainsi que sur diverses plantes. La recherche sur les rayonnements consiste à les exposer à différents degrés de rayonnement, de faibles à extrêmes, puis à déterminer s'ils survivront et dans quelle mesure ils se sentiront différemment s'ils y parviennent. Les micro-organismes affectés par des radiations progressivement croissantes pourraient nous montrer comment l’évolution s’est déroulée sur Terre. Ce sont les rayons cosmiques et leur rayonnement élevé qui ont autrefois forcé le futur homme à quitter le palmier et à étudier l'espace. Et l’humanité ne reviendra plus jamais dans les arbres.

Rayonnement cosmique 2017

Début septembre 2017, notre planète entière était fortement alarmée. Le soleil a soudainement éjecté des tonnes de matière solaire après la fusion de deux Grands groupes points noirs. Et cette émission s’est accompagnée d’éruptions cutanées de classe X, qui ont littéralement forcé le champ magnétique de la planète à s’user. Une grande tempête magnétique a suivi, provoquant des maladies chez de nombreuses personnes, ainsi que des phénomènes naturels extrêmement rares, presque sans précédent sur Terre. Par exemple, près de Moscou et de Novossibirsk, des images puissantes d'aurores boréales ont été enregistrées, jamais vues sous ces latitudes. Cependant, la beauté de tels phénomènes n'a pas occulté les conséquences d'une éruption solaire mortelle qui a imprégné la planète d'un rayonnement cosmique, qui s'est révélée véritablement dangereuse.

Sa puissance était proche du maximum, X-9.3, où la lettre est la classe (flash extrêmement grand) et le chiffre est la puissance du flash (sur dix possibles). Cette version s'est accompagnée d'une menace de panne du système. communications spatiales et tous les équipements situés à bord des Cosmonautes ont été contraints d'attendre ce flux de terrible rayonnement cosmique transporté par les rayons cosmiques dans un abri spécial. La qualité des communications au cours de ces deux jours s'est considérablement détériorée tant en Europe qu'en Amérique, précisément là où se dirigeait le flux de particules chargées en provenance de l'espace. Environ un jour avant que les particules n'atteignent la surface de la Terre, un avertissement concernant le rayonnement cosmique a été émis, qui a retenti sur tous les continents et dans tous les pays.

La puissance du soleil

L'énergie émise par notre étoile dans l'espace environnant est vraiment énorme. En quelques minutes, plusieurs milliards de mégatonnes, calculées en équivalent TNT, s'envolent dans l'espace. L’humanité ne sera capable de produire autant d’énergie au rythme actuel que dans un million d’années. Seulement un cinquième de l’énergie totale émise par le Soleil par seconde. Et voici notre petite naine pas trop chaude ! Si vous imaginez la quantité d’énergie destructrice produite par d’autres sources de rayonnement cosmique, à côté de laquelle notre Soleil apparaîtra comme un grain de sable presque invisible, vous aurez la tête qui tournera. Quelle bénédiction que nous ayons un bon champ magnétique et une excellente atmosphère qui nous empêchent de mourir !

Les gens sont quotidiennement exposés à un tel danger, car les radiations radioactives dans l’espace ne s’épuisent jamais. C'est de là que nous parvient la majeure partie du rayonnement - des trous noirs et des amas d'étoiles. Il est capable de tuer avec une forte dose de rayonnement, et avec une petite dose, il peut nous transformer en mutants. Cependant, nous devons également nous rappeler que l’évolution sur Terre s’est produite grâce à de tels flux ; les radiations ont modifié la structure de l’ADN jusqu’à l’état que nous voyons aujourd’hui. Si nous suivons cette « médecine », c’est-à-dire si le rayonnement émis par les étoiles dépasse les niveaux admissibles, les processus seront irréversibles. Après tout, si des créatures mutent, elles ne reviendront pas à leur état d’origine ; il n’y a pas d’effet inverse ici. Par conséquent, nous ne reverrons plus jamais les organismes vivants qui étaient présents dans la vie nouveau-née sur Terre. Tout organisme essaie de s'adapter aux changements survenant dans l'environnement. Soit il meurt, soit il s'adapte. Mais il n’y a pas de retour en arrière possible.

ISS et éruption solaire

Lorsque le Soleil nous a envoyé son salut avec un flux de particules chargées, l'ISS passait juste entre la Terre et l'étoile. Les protons de haute énergie libérés lors de l’explosion ont créé un rayonnement de fond totalement indésirable au sein de la station. Ces particules pénètrent à travers absolument n'importe quel vaisseau spatial. Cependant, ce rayonnement a épargné la technologie spatiale, car l’impact était puissant, mais trop court pour la désactiver. Cependant, pendant tout ce temps, l'équipage se cachait dans un abri spécial, car le corps humain est beaucoup plus vulnérable. technologie moderne. Il n’y a pas eu une seule éruption, il y en a eu toute une série, et tout a commencé le 4 septembre 2017, pour ébranler le cosmos avec une émission extrême le 6 septembre. Au cours des douze dernières années, aucun flux plus important n’a encore été observé sur Terre. Le nuage de plasma éjecté par le Soleil a dépassé la Terre beaucoup plus tôt que prévu, ce qui signifie que la vitesse et la puissance du flux ont dépassé une fois et demie celles attendues. En conséquence, l’impact sur la Terre a été beaucoup plus fort que prévu. Le nuage était en avance de douze heures sur tous les calculs de nos scientifiques et perturbait donc davantage le champ magnétique de la planète.

La puissance de l'orage magnétique s'est avérée être de quatre sur cinq possibles, soit dix fois plus que prévu. Au Canada, des aurores ont également été observées même aux latitudes moyennes, comme en Russie. Une tempête magnétique planétaire s'est produite sur Terre. Vous pouvez imaginer ce qui se passait là-bas dans l’espace ! Les radiations constituent le danger le plus important de tous ceux qui existent dans cette région. Une protection contre ce phénomène est nécessaire immédiatement, dès que le vaisseau spatial quitte la haute atmosphère et laisse des champs magnétiques bien en dessous. Des flux de particules chargées et non chargées - le rayonnement - imprègnent constamment l'espace. Les mêmes conditions nous attendent sur n'importe quelle planète du système solaire : il n'y a ni champ magnétique ni atmosphère sur nos planètes.

Types de rayonnement

Dans l’espace, les rayonnements ionisants sont considérés comme les plus dangereux. Ce sont les rayons gamma et les rayons X du Soleil, ce sont des particules volant après des éruptions solaires chromosphériques, ce sont les rayons cosmiques extragalactiques, galactiques et solaires, le vent solaire, les protons et les électrons des ceintures de rayonnement, les particules alpha et les neutrons. Il existe également des rayonnements non ionisants - ultraviolets et rayonnement infrarouge du Soleil, il s’agit du rayonnement électromagnétique et de la lumière visible. Il n'y a pas de grand danger en eux. Nous sommes protégés par l'atmosphère et l'astronaute est protégé par une combinaison spatiale et la peau du navire.

Les rayonnements ionisants provoquent des dommages irréparables. Il s'agit d'un effet néfaste sur tous les processus vitaux qui se produisent dans le corps humain. Lorsqu’une particule ou un photon de haute énergie traverse une substance sur son passage, il forme une paire de particules chargées appelées ions à la suite de l’interaction avec cette substance. Cela affecte même la matière non vivante, et la matière vivante réagit le plus violemment, car l'organisation de cellules hautement spécialisées nécessite un renouvellement, et ce processus se produit de manière dynamique tant que l'organisme est vivant. Et plus le niveau de développement évolutif de l'organisme est élevé, plus les dommages causés par les radiations deviennent irréversibles.

Protection contre les radiations

Les scientifiques recherchent de tels outils dans divers domaines science moderne, y compris en pharmacologie. Jusqu'à présent, aucun médicament n'a donné de résultats efficaces, et les personnes exposées exposition aux radiations les gens continuent de mourir. Des expériences sont menées sur des animaux sur terre et dans l'espace. La seule chose qui est devenue claire est que tout médicament doit être pris par une personne avant le début de la radiothérapie et non après.

Et si l’on tient compte du fait que tous ces médicaments sont toxiques, on peut alors supposer que la lutte contre les effets des radiations n’a pas encore abouti à une seule victoire. Même agents pharmacologiques pris à temps, ils assurent une protection uniquement contre les rayonnements gamma et les rayons X, mais ne protègent pas contre les rayonnements ionisants des protons, des particules alpha et des neutrons rapides.

Où μ – coefficient d'atténuation massique du rayonnement X cm 2 /g, X/ ρ – épaisseur massique de la protection g/cm2. Si plusieurs couches sont considérées, alors sous l'exposant se trouvent plusieurs termes avec un signe moins.

Débit de dose de rayonnement absorbé par les rayons X par unité de temps N déterminé par l'intensité du rayonnement je et coefficient d'absorption de masse μ FR

N = µ EN I

Pour les calculs, les coefficients d'extinction et d'absorption de masse pour différentes significations Les énergies des rayons X sont prises selon les coefficients d'atténuation de masse des rayons X du NIST.

Le tableau 1 présente les paramètres utilisés et les résultats de calcul de la dose de rayonnement absorbée et équivalente provenant de la protection.

Tableau 1. Caractéristiques du rayonnement X, coefficients d'atténuation en Al et coefficients d'absorption dans le corps, épaisseur de protection, résultat du calcul de la dose de rayonnement absorbée et équivalente par jour*

Rayons X du Soleil			Coef. affaibli et absorbé		Dose de rayonnement absorbée et équivalente provenant d'une protection externe, rad/jour (mSv/jour)
longueur vagues, UN	E, keV	moy. débit, Watt/m2	Al, cm 2 /g	org. os, cm 2 /g	1,5 g/cm2 (LM-5)	0,35 g/cm 2 (échaf. Krechet)	0,25 g/cm 2 (échaf. XA-25)	0,15 g/cm 2 (échafaudage XA-15)	0,25 g/cm 2 (échaf. XO-25)	0,21 g/cm 2 (échafaudage OrlanM)	0,17 g/cm2 (échafaudage 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
Rad/jour total : mSv total/jour :					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

*Remarque – l'épaisseur de la protection LM-5 et des combinaisons spatiales « Krechet », « XA-25 » et « XA-15 » en équivalent aluminium, qui correspond à 5,6, 1,3, 0,9 et 0,6 mm de tôle d'aluminium ; épaisseur de protection « ХО-25 », « Orlan-M » et A7L de substance équivalente tissulaire, qui correspond à 2,3, 1,9 et 1,5 mm de substance équivalente tissulaire.

Ce tableau permet d'estimer la dose de rayonnement par jour pour d'autres valeurs d'intensité de rayonnement X, en multipliant par le coefficient du rapport entre la valeur de flux tabulée et la moyenne souhaitée par jour. Les résultats du calcul sont présentés dans la Fig. 3 et 4 sous la forme d'une échelle de dose de rayonnement absorbée.

Les calculs montrent qu'un module lunaire doté d'un bouclier de 1,5 g/cm 2 (ou 5,6 mm Al) absorbe complètement les rayons X mous et durs du Soleil. Pour l'éruption la plus puissante du 4 novembre 2003 (en 2013 et enregistrée depuis 1976), l'intensité de son rayonnement X au pic était de 28·10−4 W/m2 pour le rayonnement doux et de 4·10−4 W. /m2 pour un rayonnement dur. L'intensité moyenne par jour sera respectivement de 10 W/m2 jour et 1,3 W/m2. La dose de rayonnement quotidienne pour l'équipage est de 8 rad ou 0,08 Gy, ce qui est sans danger pour les humains.

La probabilité d’événements comme le 4 novembre 2003 est estimée à 30 minutes sur 37 ans. Soit égal à ~1/650000 heure−1. C'est une très faible probabilité. A titre de comparaison, une personne moyenne passe environ 300 000 heures hors de chez elle au cours de sa vie, ce qui correspond à la possibilité d'être témoin oculaire de l'événement radiologique du 4 novembre 2003 avec une probabilité de 1/2.

Pour déterminer les besoins en rayonnement d'une combinaison spatiale, nous considérons les éruptions de rayons X sur le Soleil, lorsque leur intensité augmente 50 fois pour un rayonnement doux et 1 000 fois pour un rayonnement dur par rapport au fond quotidien moyen d'activité solaire maximale. D'après la fig. 4, la probabilité de tels événements est de 3 épidémies en 30 ans. L'intensité des rayons X mous sera égale à 4,3 Watt/m2 par jour et celle des rayons X durs à 0,26 W/m2.

Exigences de rayonnement et paramètres d'une combinaison spatiale lunaire

Dans une combinaison spatiale sur la surface lunaire, les doses équivalentes de rayonnement X augmentent.

Lors de l'utilisation de la combinaison spatiale « Krechet » pour les valeurs tabulées de l'intensité du rayonnement, la dose de rayonnement sera de 5 mrad/jour. La protection contre les rayons X est assurée par une feuille d'aluminium de 1,2 à 1,3 mm, réduisant l'intensité du rayonnement d'environ e9 = 7 600 fois. En utilisant une épaisseur de tôle d'aluminium plus faible, les doses de rayonnement augmentent : pour 0,9 mm Al – 15 mrad/jour, pour 0,6 mm Al – 120 mrad/jour.

Selon l'AIEA, ce rayonnement de fond est reconnu comme une condition normale pour l'homme.

Lorsque la puissance de rayonnement du Soleil augmente jusqu'à une valeur de 0,86 Watt/m 2 jour, la dose de rayonnement pour la protection de 0,6 mm Al est égale à 1,2 rad/ess, ce qui se situe à la limite des conditions normales et dangereuses pour la santé humaine.

Combinaison spatiale lunaire « Krechet ». Vue de la trappe ouverte du sac à dos par laquelle l'astronaute entre dans la combinaison spatiale. Dans le cadre du régime soviétique programme lunaire il était nécessaire de créer une combinaison spatiale qui permettrait suffisamment longue durée travailler directement sur la Lune. Il s'appelait « Krechet » et est devenu le prototype des combinaisons spatiales « Orlan », qui sont aujourd'hui utilisées pour travailler dans l'espace. Poids 106 kg.

La dose de rayonnement augmente d'un ordre de grandeur lors de l'utilisation d'une protection équivalente aux tissus (polymères tels que mylar, nylon, feutre, fibre de verre). Ainsi, pour la combinaison spatiale Orlan-M, avec une protection de 0,21 g/cm 2 de substance équivalente aux tissus, l'intensité du rayonnement diminue d'environ e3=19 fois et la dose de rayonnement des rayons X pour le tissu osseux du corps sera 1,29 rad/essence. Pour la protection 0,25 g/cm 2 et 0,17 g/cm 2, respectivement, 1,01 et 1,53 rad/ess.

L'équipage d'Apollo 16, John Young (commandant), Thomas Mattingly (pilote du module de commande) et Charles Duke (pilote du module lunaire) portant la combinaison spatiale A7LB. Il est difficile d'enfiler soi-même une telle combinaison spatiale.

Eugène Cernan en combinaison spatiale A7LB, mission Apollo 17.

A7L - le principal type de combinaison spatiale utilisée par les astronautes de la NASA dans le cadre du programme Apollo jusqu'en 1975. Vue en coupe des vêtements d'extérieur. Vêtements d'extérieur inclus : 1) tissu en fibre de verre ignifuge pesant 2 kg, 2) isolation thermique sous vide (EVTI) pour protéger une personne de la surchauffe lorsqu'elle est au soleil et d'une perte de chaleur excessive sur la surface non éclairée de la Lune, est un paquet de 7 couches de films minces de Mylar et de nylon avec une surface aluminisée brillante, un mince voile de fibres de Dacron a été posé entre les couches, le poids était de 0,5 kg ; 3) une couche anti-météore en nylon avec un revêtement en néoprène (3 à 5 mm d'épaisseur) et pesant 2 à 3 kg. La coque intérieure de la combinaison spatiale était faite de tissu durable, de plastique, de tissu caoutchouté et de caoutchouc. La masse de la coque intérieure est d'environ 20 kg. Le kit comprenait un casque, des mitaines, des bottes et du liquide de refroidissement. Le poids de l'ensemble de combinaison spatiale extravéhiculaire A7L est de 34,5 kg.

Avec une augmentation de l'intensité du rayonnement solaire jusqu'à une valeur de 0,86 Watt/m 2 jour, la dose de rayonnement pour la protection de 0,25 g/cm 2 , 0,21 g/cm 2 et 0,17 g/cm 2 de substance équivalente aux tissus , respectivement, est de 10,9, 12,9 et 15,3 rad/ess. Cette dose équivaut à 500 à 700 radiographies pulmonaires humaines. Une dose unique de 10 à 15 rad affecte le système nerveux et le psychisme, le risque de leucémie sanguine augmente de 5 %, un retard mental est observé chez les descendants des parents. Selon l'AIEA, ce rayonnement de fond constitue un danger très grave pour l'homme.

Avec une intensité de rayonnement X de 4,3 watts/m 2 par jour, la dose de rayonnement quotidienne est de 50 à 75 rad et provoque des maladies liées aux radiations.

Le cosmonaute Mikhaïl Tyurine dans la combinaison spatiale Orlan-M. La combinaison a été utilisée à la station MIR et à l'ISS de 1997 à 2009. Poids 112 kg. Actuellement, l'ISS utilise Orlan-MK (modernisé, informatisé). Poids 120 kg.

La solution la plus simple consiste à réduire à 1 heure le temps qu'un astronaute passe sous les rayons directs du Soleil. La dose de rayonnement absorbée dans la combinaison spatiale Orlan-M diminuera à 0,5 rad. Une autre approche consiste à opérer dans l’ombre de la station spatiale, auquel cas la durée de l’activité extravéhiculaire peut être considérablement augmentée, malgré le rayonnement X externe élevé. Si vous vous trouvez à la surface de la Lune bien au-delà de la base lunaire, un retour rapide et un abri ne sont pas toujours possibles. Vous pouvez utiliser l'ombre du paysage lunaire ou un parapluie contre les rayons X...

Simple façon efficace La protection contre les rayons X du Soleil réside dans l'utilisation de tôle d'aluminium dans une combinaison spatiale. À 0,9 mm d'Al (épaisseur 0,25 g/cm 2 en équivalent aluminium), la combinaison présente une marge de 67 fois par rapport au fond radiologique moyen. Avec une valeur de fond multipliée par 10 pour atteindre 0,86 Watt/m 2 jour, la dose de rayonnement est de 0,15 rad/jour. Même avec une augmentation soudaine de 50 fois du flux de rayons X depuis le fond moyen jusqu'à une valeur de 4,3 Watt/m 2 jour, la dose de rayonnement absorbée par jour ne dépassera pas 0,75 rad.

A 0,7 mm Al (épaisseur 0,20 g/cm 2 en équivalent aluminium), la protection maintient une marge de rayonnement de 35 fois. À 0,86 Watt/m2 jour, la dose de rayonnement ne dépassera pas 0,38 rad/jour. À 4,3 Watt/m2 jour, la dose de rayonnement absorbée ne dépassera pas 1,89 rad.

Les calculs montrent que pour assurer une radioprotection de 0,25 g/cm 2 en équivalent aluminium, un équivalent tissulaire de 1,4 g/cm 2 est nécessaire. Avec cette valeur de protection de masse de la combinaison spatiale, son épaisseur augmentera plusieurs fois et réduira sa convivialité.

RÉSULTATS ET CONCLUSIONS

Dans le cas du rayonnement protonique, la protection équivalente aux tissus présente un avantage de 20 à 30 % par rapport à l'aluminium.

En cas d'exposition aux rayons X, une combinaison de protection en équivalent aluminium est préférable aux polymères. Cette conclusion coïncide avec les résultats des recherches de David Smith et John Scalo.

Les combinaisons spatiales lunaires doivent avoir deux paramètres de protection :

1) paramètre de protection d'une combinaison spatiale avec des substances équivalentes aux tissus contre le rayonnement protonique, non inférieur à 0,21 g/cm 2 ;
2) le paramètre de protection de la combinaison spatiale en équivalent aluminium contre les rayons X, non inférieur à 0,20 g/cm 2 .

Lors de l'utilisation d'une protection Al dans la coque extérieure d'une combinaison spatiale d'une superficie de 2,5 à 3 m2, le poids de la combinaison spatiale basée sur Orlan-MK augmentera de 5 à 6 kg.

Pour une combinaison spatiale lunaire, la dose totale absorbée de rayonnement du vent solaire et de rayons X du Soleil au cours de l’année d’activité solaire maximale sera de 0,19 rad/jour (dose de rayonnement équivalente – 8,22 mSv/jour). Une telle combinaison spatiale a une marge de sécurité contre les radiations de 4 fois pour le vent solaire et une marge de sécurité pour les radiations de 35 fois pour les rayons X. Aucune mesure de protection supplémentaire, telle que des parapluies anti-rayonnement en aluminium, n'est nécessaire.

Pour la combinaison spatiale Orlan-M, respectivement, 1,45 rad/jour (dose de rayonnement équivalente - 20,77 mSv/jour). La combinaison a une marge de sécurité contre les radiations multipliée par 4 pour le vent solaire.

Pour la combinaison spatiale A7L (A7LB) de la mission Apollo, respectivement, 1,70 rad/jour (dose de rayonnement équivalente - 23,82 mSv/jour). La combinaison a une marge de sécurité contre les radiations multipliée par 3 pour le vent solaire.

Lorsqu'elle reste continuellement pendant 4 jours à la surface de la Lune dans des combinaisons spatiales modernes de type Orlan ou A7L, une personne reçoit une dose de rayonnement de 0,06 à 0,07 Gy, ce qui présente un danger pour sa santé. Ceci est cohérent avec les conclusions de David Smith et John Scalo. , que dans l'espace cislunaire dans une combinaison spatiale moderne, dans les 100 heures, avec une probabilité de 10 %, une personne recevra une dose de rayonnement supérieure à 0,1 Gray, dangereuse pour la santé et la vie. Les combinaisons spatiales de type Orlan ou A7L nécessitent des mesures supplémentaires de protection contre les rayons X, telles que des parapluies anti-rayonnement en aluminium.

La combinaison spatiale lunaire proposée à la base d'Orlan reçoit une dose de rayonnement de 0,76 rad ou 0,0076 Gy en 4 jours. (Une heure d'exposition au vent solaire sur la surface lunaire dans une combinaison spatiale correspond à deux radiographies pulmonaires.) Selon l'AIEA, le risque radiologique est reconnu comme une condition normale pour l'homme.

La NASA teste une nouvelle combinaison spatiale pour le prochain vol habité vers la Lune en 2020.

Au risque de rayonnement du vent solaire et des rayons X du Soleil, il existe un flux. Nous en reparlerons plus tard.

Depuis leur apparition sur Terre, tous les organismes ont existé, se sont développés et ont évolué sous une exposition constante aux rayonnements. Le rayonnement est tout aussi naturel un phénomène naturel, comme le vent, les marées, la pluie, etc.

Le rayonnement de fond naturel (NBR) était présent sur Terre à toutes les étapes de sa formation. Elle était là bien avant la vie, puis est apparue la biosphère. La radioactivité et les rayonnements ionisants qui l'accompagnent ont été un facteur qui a influencé état actuel biosphère, évolution de la Terre, vie sur Terre et composition élémentaire du système solaire. Tout organisme est exposé au rayonnement de fond caractéristique d’une zone donnée. Jusque dans les années 1940 elle était causée par deux facteurs : la désintégration des radionucléides d'origine naturelle, situés à la fois dans l'habitat d'un organisme donné et dans l'organisme lui-même, et les rayons cosmiques.

Les sources de rayonnement naturel (naturel) sont l'espace et les radionucléides naturels contenus sous forme naturelle et concentrés dans tous les objets de la biosphère : sol, eau, air, minéraux, organismes vivants, etc. N'importe lequel des objets qui nous entourent et nous-mêmes au sens absolu les mots sont radioactifs.

La population du globe reçoit la principale dose de rayonnement provenant de sources naturelles de rayonnement. La plupart d'entre eux sont tels qu'il est absolument impossible d'éviter l'exposition à leurs rayonnements. Tout au long de l'histoire de la Terre différents types le rayonnement pénètre la surface de la Terre depuis l'espace et provient de substances radioactives situées dans la croûte terrestre. Une personne est exposée aux radiations de deux manières. Les substances radioactives peuvent se trouver à l'extérieur du corps et l'irradier de l'extérieur (dans ce cas on parle d'irradiation externe) ou elles peuvent se retrouver dans l'air qu'une personne respire, dans la nourriture ou l'eau et pénétrer à l'intérieur du corps (cette méthode d'irradiation est dit interne).

Tout habitant de la Terre est exposé aux rayonnements provenant de sources naturelles de rayonnement. Cela dépend en partie de l'endroit où vivent les gens : les niveaux de rayonnement dans certaines régions du globe, en particulier là où se trouvent des roches radioactives, sont nettement supérieurs à la moyenne, et dans d'autres endroits, ils sont inférieurs. Les sources terrestres de rayonnement sont collectivement responsables de la majorité de l’exposition à laquelle les humains sont exposés par le biais des rayonnements naturels. En moyenne, ils fournissent plus des 5/6 de la dose équivalente efficace annuelle reçue par la population, principalement du fait de l'exposition interne. Le reste est apporté par les rayons cosmiques, principalement par irradiation externe.

Le fond de rayonnement naturel est formé par le rayonnement cosmique (16 %) et le rayonnement créé par les radionucléides dispersés dans la nature contenus dans la croûte terrestre, l'air souterrain, le sol, l'eau, les plantes, les aliments, dans les organismes animaux et humains (84 %). Le rayonnement de fond technologique est principalement associé au traitement et au mouvement des roches, à la combustion du charbon, du pétrole, du gaz et d'autres combustibles fossiles, ainsi qu'aux tests armes nucléaires et l'énergie nucléaire.

Le rayonnement naturel est un facteur environnemental intégral qui a un impact significatif sur la vie humaine. Le rayonnement naturel varie considérablement selon les régions de la Terre. La dose équivalente dans le corps humain est en moyenne de 2 mSv = 0,2 rem. Le développement évolutif montre que dans les conditions naturelles, des conditions optimales sont assurées pour la vie des humains, des animaux et des plantes. Par conséquent, lors de l’évaluation des dangers causés par les rayonnements ionisants, il est essentiel de connaître la nature et les niveaux d’exposition provenant de diverses sources.

Étant donné que les radionucléides, comme tous les atomes, forment dans la nature certains composés et, conformément à leurs propriétés chimiques font partie de certains minéraux, la répartition des radionucléides naturels dans la croûte terrestre est inégale. Le rayonnement cosmique, comme mentionné ci-dessus, dépend également d'un certain nombre de facteurs et peut différer plusieurs fois. Ainsi, le rayonnement de fond naturel est différent selon les endroits du globe. Ceci est lié à la convention du concept de « fond de rayonnement normal » : avec l'altitude au-dessus du niveau de la mer, le fond augmente en raison du rayonnement cosmique, dans les endroits où des granites ou des sables riches en thorium remontent à la surface, le rayonnement de fond est également plus élevé. , et ainsi de suite. Par conséquent, nous ne pouvons parler que du fond de rayonnement naturel moyen pour une zone, un territoire, un pays donné, etc.

La dose efficace moyenne reçue par un habitant de notre planète à partir de sources naturelles par an est de 2,4 mSv .

Environ 1/3 de cette dose est due au rayonnement externe (à peu près également provenant de l'espace et des radionucléides) et 2/3 est dû au rayonnement interne, c'est-à-dire aux radionucléides naturels situés à l'intérieur de notre corps. L'activité spécifique humaine moyenne est d'environ 150 Bq/kg. Le rayonnement naturel (exposition externe) au niveau de la mer est en moyenne d’environ 0,09 μSv/h. Cela correspond à environ 10 µR/h.

Rayonnement cosmique est un flux de particules ionisantes qui tombe sur Terre depuis l'espace. La composition du rayonnement cosmique comprend :

Le rayonnement cosmique se compose de trois composants d’origine différente :

1) le rayonnement des particules capturées par le champ magnétique terrestre ;

2) rayonnement cosmique galactique ;

3) rayonnement corpusculaire du Soleil.

Rayonnement des particules chargées capturées par le champ magnétique terrestre - à une distance de 1,2 à 8 rayons terrestres, il existe des ceintures de rayonnement contenant des protons d'une énergie de 1 à 500 MeV (principalement 50 MeV), des électrons d'une énergie d'environ 0,1 -0,4 MeV et une petite quantité de particules alpha.

Composé. Les rayons cosmiques galactiques sont composés principalement de protons (79 %) et de particules alpha (20 %), reflétant l'abondance d'hydrogène et d'hélium dans l'Univers. Parmi les ions lourds, les ions fer sont les plus importants en raison de leur intensité relativement élevée et de leur grand numéro atomique.

Origine. Les sources des rayons cosmiques galactiques sont les éruptions stellaires, les explosions de supernova, l'accélération des pulsars, les explosions de noyaux galactiques, etc.

Durée de vie. La durée de vie des particules dans le rayonnement cosmique est d'environ 200 millions d'années. Le confinement des particules est dû au champ magnétique de l'espace interstellaire.

Interaction avec l'atmosphère . En entrant dans l’atmosphère, les rayons cosmiques interagissent avec les atomes d’azote, d’oxygène et d’argon. Les particules entrent en collision avec les électrons plus souvent qu'avec les noyaux, mais les particules à haute énergie perdent peu d'énergie. Lors des collisions avec des noyaux, les particules sont presque toujours éliminées du flux, de sorte que l'affaiblissement du rayonnement primaire est presque entièrement dû aux réactions nucléaires.

Lorsque les protons entrent en collision avec les noyaux, les neutrons et les protons sont expulsés des noyaux et des réactions de fission nucléaire se produisent. Les particules secondaires résultantes ont une énergie importante et induisent elles-mêmes les mêmes réactions nucléaires, c'est-à-dire que toute une cascade de réactions se forme, ce qu'on appelle la large gerbe atmosphérique. Une seule particule primordiale de haute énergie peut produire une pluie de dix générations successives de réactions produisant des millions de particules.

Les nouveaux noyaux et nucléons, qui constituent la composante nucléaire active du rayonnement, se forment principalement dans les couches supérieures de l'atmosphère. Dans sa partie inférieure, le flux de noyaux et de protons est considérablement affaibli en raison des collisions nucléaires et de nouvelles pertes par ionisation. Au niveau de la mer, il ne génère que quelques pour cent du débit de dose.

Radionucléides cosmogéniques

À la suite de réactions nucléaires se produisant sous l'influence des rayons cosmiques dans l'atmosphère et en partie dans la lithosphère, des noyaux radioactifs se forment. Parmi ceux-ci, la plus grande contribution à la création de dose est apportée par (émetteurs β : 3 H (T 1/2 = 12,35 ans), 14 C (T 1/2 = 5 730 ans), 22 Na (T 1/2 = 2,6 années) - pénétrant dans le corps humain avec de la nourriture. Comme il ressort des données présentées, la plus grande contribution au rayonnement provient du carbone 14. Un adulte consomme environ 95 kg de carbone par an avec de la nourriture.

Radiation solaire, constitué de rayonnement électromagnétique jusqu'à la gamme des rayons X, de protons et de particules alpha ;

Les types de rayonnement répertoriés sont primaires, ils disparaissent presque complètement à une altitude d'environ 20 km en raison de l'interaction avec les couches supérieures de l'atmosphère. Dans ce cas, un rayonnement cosmique secondaire se forme, qui atteint la surface de la Terre et affecte la biosphère (y compris l'homme). Le rayonnement secondaire comprend les neutrons, les protons, les mésons, les électrons et les photons.

L'intensité du rayonnement cosmique dépend de plusieurs facteurs :

Modifications du flux de rayonnement galactique,

Activité solaire,

Latitude géographique,

Altitudes au-dessus du niveau de la mer.

En fonction de l'altitude, l'intensité du rayonnement cosmique augmente fortement.

Radionucléides de la croûte terrestre.

Les isotopes à vie longue (avec une demi-vie de milliards d'années) qui n'ont pas eu le temps de se désintégrer au cours de l'existence de notre planète sont dispersés dans la croûte terrestre. Ils se sont probablement formés simultanément à la formation des planètes du système solaire (les isotopes à vie relativement courte se sont complètement désintégrés). Ces isotopes sont appelés substances radioactives naturelles, c’est-à-dire celles qui se sont formées et se reforment constamment sans intervention humaine. En se désintégrant, ils forment des isotopes intermédiaires, également radioactifs.

Les sources externes de rayonnement sont constituées de plus de 60 radionucléides naturels présents dans la biosphère terrestre. Les éléments radioactifs naturels sont contenus en quantités relativement faibles dans toutes les coquilles et le noyau de la Terre. Sens spécial car les humains possèdent des éléments radioactifs de la biosphère, c'est-à-dire cette partie de la coquille terrestre (litho-, hydro- et atmosphère) où se trouvent les micro-organismes, les plantes, les animaux et les humains.

Pendant des milliards d’années, il y a eu un processus constant de désintégration radioactive des noyaux atomiques instables. En conséquence, la radioactivité totale de la substance et des roches terrestres a progressivement diminué. Les isotopes à vie relativement courte se sont complètement désintégrés. Ce sont principalement des éléments dont la demi-vie est mesurée en milliards d'années qui ont été conservés, ainsi que des produits secondaires de désintégration radioactive à durée de vie relativement courte, formant des chaînes successives de transformations, appelées familles d'éléments radioactifs. Dans la croûte terrestre, les radionucléides naturels peuvent être dispersés plus ou moins uniformément ou concentrés sous forme de dépôts.

Radionucléides naturels (naturels) peut être divisé en trois groupes :

Radionucléides appartenant aux familles radioactives (séries),

D'autres radionucléides (n'appartenant pas aux familles radioactives) devenus partie intégrante de la croûte terrestre lors de la formation de la planète,

Radionucléides formés sous l'influence du rayonnement cosmique.

Au cours de la formation de la Terre, des radionucléides, ainsi que des nucléides stables, sont également devenus partie intégrante de sa croûte. La plupart de ces radionucléides appartiennent aux familles (séries) dites radioactives. Chaque série représente une chaîne de transformations radioactives successives, lorsque le noyau formé lors de la désintégration du noyau parent se désintègre également, à son tour, générant à nouveau un noyau instable, etc. Le début d'une telle chaîne est un radionucléide, qui ne se forme pas provenant d'un autre radionucléide, mais sont contenus dans la croûte terrestre et la biosphère dès leur naissance. Ce radionucléide est appelé l’ancêtre et toute la famille (série) porte son nom. Au total, il existe trois ancêtres dans la nature - l'uranium 235, l'uranium 238 et le thorium 232 et, par conséquent, trois séries radioactives - deux uranium et thorium. Toutes les séries se terminent par des isotopes stables du plomb.

Le thorium a la demi-vie la plus longue (14 milliards d'années), il a donc été presque entièrement préservé depuis l'accrétion de la Terre. L'uranium 238 s'est désintégré dans une large mesure, la grande majorité de l'uranium 235 s'est désintégrée et l'isotope neptunium 232 s'est entièrement désintégré. Pour cette raison, il y a beaucoup de thorium dans la croûte terrestre (presque 20 fois plus d'uranium) et l'uranium 235 est 140 fois inférieur à l'uranium 238. L’ancêtre de la quatrième famille (neptunium) s’étant complètement désintégré depuis l’accrétion de la Terre, il est quasiment absent des roches. Le neptunium a été trouvé dans les minerais d'uranium en quantités négligeables. Mais son origine est secondaire et est due au bombardement des noyaux d’uranium 238 par les neutrons des rayons cosmiques. Le neptunium est désormais produit à l'aide de réactions nucléaires artificielles. Pour un écologiste, cela n’a aucun intérêt.

Environ 0,0003 % (selon diverses sources 0,00025-0,0004 %) de la croûte terrestre est constitué d'uranium. Autrement dit, un mètre cube du sol le plus ordinaire contient en moyenne 5 grammes d'uranium. Il y a des endroits où cette quantité est des milliers de fois supérieure : ce sont les gisements d'uranium. Un mètre cube d'eau de mer contient environ 1,5 mg d'uranium. Cet élément chimique naturel est représenté par deux isotopes -238U et 235U, chacun étant fondateur de sa propre série radioactive. La grande majorité de l'uranium naturel (99,3 %) est de l'uranium 238. Ce radionucléide est très stable, la probabilité de sa désintégration (à savoir sa désintégration alpha) est très faible. Cette probabilité est caractérisée par une demi-vie de 4,5 milliards d'années. Autrement dit, depuis la formation de notre planète, sa quantité a diminué de moitié. Il s’ensuit que le rayonnement de fond sur notre planète était autrefois plus élevé. Chaînes de transformations radioactives génératrices de radionucléides naturels de la série de l'uranium :

La série radioactive comprend à la fois des radionucléides à vie longue (c'est-à-dire des radionucléides à longue demi-vie) et des radionucléides à vie courte, mais tous les radionucléides de la série existent dans la nature, même ceux qui se désintègrent rapidement. Cela est dû au fait qu'au fil du temps, un équilibre s'est établi (appelé « équilibre séculaire ») - le taux de désintégration de chaque radionucléide est égal au taux de sa formation.

Il existe des radionucléides naturels qui sont entrés dans la croûte terrestre lors de la formation de la planète et qui n'appartiennent pas à la série de l'uranium ou du thorium. Tout d’abord, c’est le potassium-40. La teneur en 40 K de la croûte terrestre est d'environ 0,00027 % (masse), la demi-vie est de 1,3 milliard d'années. Le nucléide fille, le calcium-40, est stable. Le potassium 40 se trouve en quantités importantes dans les plantes et les organismes vivants et contribue de manière significative à la dose totale de rayonnement interne reçue par l'homme.

Le potassium naturel contient trois isotopes : le potassium-39, le potassium-40 et le potassium-41, dont seul le potassium-40 est radioactif. Le rapport quantitatif de ces trois isotopes dans la nature ressemble à ceci : 93,08 %, 0,012 % et 6,91 %.

Le potassium 40 se décompose de deux manières. Environ 88 % de ses atomes subissent un rayonnement bêta et deviennent des atomes de calcium-40. Les 12 % d’atomes restants, subissant une capture de K, se transforment en atomes d’argon-40. La méthode potassium-argon pour déterminer l’âge absolu des roches et des minéraux est basée sur cette propriété du potassium-40.

Le troisième groupe de radionucléides naturels est constitué des radionucléides cosmogéniques. Ces radionucléides se forment sous l'influence du rayonnement cosmique provenant de nucléides stables résultant de réactions nucléaires. Ceux-ci incluent le tritium, le béryllium-7, le carbone-14 et le sodium-22. Par exemple, les réactions nucléaires de formation de tritium et de carbone 14 à partir d'azote sous l'influence de neutrons cosmiques :

Le carbone occupe une place particulière parmi les radio-isotopes naturels. Le carbone naturel est constitué de deux isotopes stables, parmi lesquels le carbone 12 prédomine (98,89 %). Le reste est presque entièrement constitué de carbone 13 (1,11 %).

En plus des isotopes stables du carbone, cinq autres isotopes radioactifs sont connus. Quatre d'entre eux (carbone-10, carbone-11, carbone-15 et carbone-16) ont des demi-vies très courtes (secondes et fractions de seconde). Un cinquième radio-isotope, le carbone 14, a une demi-vie de 5 730 ans.

Dans la nature, la concentration de carbone 14 est extrêmement faible. Par exemple, dans les plantes modernes, il y a un atome de cet isotope pour 10 9 atomes de carbone 12 et de carbone 13. Cependant, avec l'avènement des armes atomiques et technologie nucléaire le carbone 14 est produit artificiellement par l’interaction de neutrons lents avec l’azote atmosphérique, sa quantité augmente donc constamment.

Il existe une certaine convention concernant les antécédents considérés comme « normaux ». Ainsi, alors que la dose efficace annuelle « moyenne planétaire » par personne est de 2,4 mSv, dans de nombreux pays, cette valeur est de 7 à 9 mSv/an. Autrement dit, depuis des temps immémoriaux, des millions de personnes ont vécu dans des conditions de charges de dose naturelles plusieurs fois supérieures à la moyenne statistique. La recherche médicale et les statistiques démographiques montrent que cela n’affecte en rien leur vie et n’a aucun impact négatif sur leur santé ou celle de leur progéniture.

Parlant du caractère conventionnel de la notion de fond naturel « normal », on peut également signaler un certain nombre d'endroits sur la planète où le niveau de rayonnement naturel dépasse la moyenne statistique non seulement plusieurs fois, mais aussi des dizaines de fois (tableau) ; des dizaines, voire des centaines de milliers d'habitants sont exposés à ces effets. Et c'est aussi la norme, cela n'affecte en rien leur santé. De plus, de nombreuses zones à rayonnement de fond accru sont depuis des siècles des lieux de tourisme de masse (côtes maritimes) et des stations balnéaires reconnues (Eaux minérales du Caucase, Karlovy Vary, etc.).

L’un des principaux facteurs biologiques négatifs dans l’espace, avec l’apesanteur, est le rayonnement. Mais si la situation en apesanteur sur divers corps du système solaire (par exemple, sur la Lune ou sur Mars) est meilleure que sur l'ISS, alors avec le rayonnement, les choses sont plus compliquées.

Selon son origine, le rayonnement cosmique est de deux types. Il se compose de rayons cosmiques galactiques (GCR) et de protons lourds chargés positivement émanant du Soleil. Ces deux types de rayonnement interagissent. Lors de l'activité solaire, l'intensité des rayons galactiques diminue, et vice versa. Notre planète est protégée du vent solaire par un champ magnétique. Malgré cela, certaines particules chargées atteignent l’atmosphère. Le résultat est un phénomène connu sous le nom d’aurore. Les GCR à haute énergie ne sont presque pas retardés par la magnétosphère, mais ils n'atteignent pas la surface de la Terre en quantités dangereuses en raison de la densité de son atmosphère. L'orbite de l'ISS se situe au-dessus des couches denses de l'atmosphère, mais à l'intérieur des ceintures de rayonnement terrestre. Pour cette raison, le niveau de rayonnement cosmique à la station est beaucoup plus élevé que sur Terre, mais nettement inférieur à celui de l'espace. En termes de propriétés protectrices, l'atmosphère terrestre équivaut approximativement à une couche de plomb de 80 centimètres.

La seule source fiable de dose de rayonnement pouvant être reçue lors de vols spatiaux de longue durée et à la surface de Mars est l’instrument RAD du Mars Science Laboratory, mieux connu sous le nom de Curiosity. Pour comprendre la précision des données collectées, regardons d’abord l’ISS.

En septembre 2013, la revue Science a publié un article sur les résultats de l'outil RAD. Un graphique comparatif réalisé par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA (une organisation non associée aux expériences menées sur l'ISS, mais travaillant avec l'instrument RAD du rover Curiosity) indique que lors d'un séjour de six mois sur une station spatiale proche de la Terre, une personne reçoit une dose de rayonnement approximativement égale à 80 mSv (millisievert). ). Mais la publication de l'Université d'Oxford de 2006 (ISBN 978-0-19-513725-5) indique qu'un astronaute sur l'ISS reçoit en moyenne 1 mSv par jour, c'est-à-dire que la dose sur six mois devrait être de 180 mSv. En conséquence, nous constatons une énorme dispersion dans les estimations du niveau de rayonnement sur l’orbite terrestre basse, étudiée depuis longtemps.

Les principaux cycles solaires ont une période de 11 ans, et comme le GCR et le vent solaire sont interconnectés, pour des observations statistiquement fiables, il est nécessaire d'étudier les données de rayonnement à différentes parties du cycle solaire. Malheureusement, comme indiqué ci-dessus, toutes les données dont nous disposons sur les rayonnements dans l’espace ont été collectées au cours des huit premiers mois de 2012 par MSL en route vers Mars. Il a accumulé des informations sur les radiations à la surface de la planète au cours des années suivantes. Cela ne signifie pas que les données sont incorrectes. Il faut juste comprendre qu’ils ne peuvent refléter que les caractéristiques d’une période de temps limitée.

Les dernières données de l'outil RAD ont été publiées en 2014. Selon les scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, lors d'un séjour de six mois à la surface de Mars, une personne recevra une dose de rayonnement moyenne d'environ 120 mSv. Ce chiffre se situe à mi-chemin entre les estimations inférieure et supérieure de la dose de rayonnement sur l’ISS. Lors du vol vers Mars, si cela prend également six mois, la dose de rayonnement sera de 350 mSv, soit 2 à 4,5 fois plus que sur l'ISS. Durant son vol, MSL a connu cinq éruptions solaires de puissance modérée. Nous ne savons pas avec certitude quelle dose de rayonnement les astronautes recevront sur la Lune, car aucune expérience n'a été menée pour étudier spécifiquement le rayonnement cosmique au cours du programme Apollo. Ses effets n'ont été étudiés qu'en conjonction avec ceux d'autres phénomènes négatifs, comme l'influence de la poussière lunaire. Cependant, on peut supposer que la dose sera plus élevée que sur Mars, puisque la Lune n'est pas protégée même par une atmosphère faible, mais plus faible que dans l'espace, puisqu'une personne sur la Lune ne sera irradiée que « d'en haut » et "des côtés", mais pas sous vos pieds./

En conclusion, on peut noter que le rayonnement est un problème qui nécessitera certainement une solution en cas de colonisation du système solaire. Cependant, la croyance largement répandue selon laquelle l'environnement radiatif en dehors de la magnétosphère terrestre ne permet pas de vols spatiaux à long terme est tout simplement fausse. Pour un vol vers Mars, il sera nécessaire d'installer un revêtement protecteur soit sur l'ensemble du module résidentiel du complexe de vols spatiaux, soit sur un compartiment « tempête » séparé, particulièrement protégé, dans lequel les astronautes pourront attendre les pluies de protons. Cela ne signifie pas que les développeurs devront utiliser des systèmes anti-radiations complexes. Pour réduire considérablement le niveau de rayonnement, un revêtement d’isolation thermique suffit, qui est utilisé sur les véhicules de descente d’engins spatiaux pour protéger contre la surchauffe lors du freinage dans l’atmosphère terrestre.

Ruban spatial

Une bande dessinée sur la façon dont les scientifiques exploreront Mars dans le cadre de la lutte contre le rayonnement cosmique.

Il examine plusieurs pistes de recherche future pour protéger les astronautes des radiations, notamment la pharmacothérapie, le génie génétique et la technologie d’hibernation. Les auteurs notent également que les radiations et le vieillissement détruisent le corps de la même manière et suggèrent que les moyens de lutter contre l’un peuvent également fonctionner contre l’autre. Un article avec une devise combative dans le titre : Viva la radiorésistance ! ("Vive la résistance aux radiations!") a été publié dans le magazine Oncotarget.

« La renaissance de l’exploration spatiale mènera probablement aux premières missions humaines sur Mars et dans l’espace lointain. Mais pour survivre dans des conditions de rayonnement cosmique accru, les gens devront devenir plus résistants aux facteurs externes. Dans cet article, nous proposons une méthodologie pour obtenir une radiorésistance, une résistance au stress et une résistance au vieillissement améliorées. Tout en travaillant sur la stratégie, nous avons réuni d'éminents scientifiques de Russie, ainsi que de la NASA, de l'Agence spatiale européenne, du Centre radiologique canadien et de plus de 25 autres centres dans le monde. Les technologies de radiorésistance seront également utiles sur Terre, surtout si « l’effet secondaire » est une longévité saine », commente Alexander Zhavoronkov, professeur agrégé au MIPT.

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Nous veillerons à ce que les radiations n’empêchent pas l’humanité de conquérir l’espace et de coloniser Mars. Grâce aux scientifiques, nous nous envolerons pour la planète rouge et y ferons une discothèque et un barbecue .

L'espace contre l'homme

« À l’échelle cosmique, notre planète n’est qu’un petit vaisseau bien protégé des radiations cosmiques. Le champ magnétique terrestre dévie les particules chargées solaires et galactiques, réduisant ainsi considérablement le niveau de rayonnement à la surface de la planète. Lors de vols spatiaux longue distance et de colonisation de planètes dotées de champs magnétiques très faibles (par exemple Mars), une telle protection n'existera pas, et les astronautes et les colons seront constamment exposés à des flux de particules chargées d'une énergie énorme. En fait, l'avenir cosmique de l'humanité dépend de la manière dont nous surmontons ce problème », déclare Andreyan Osipov, chef du département de radiobiologie expérimentale et de médecine radiologique du Centre fédéral de biophysique médicale du nom d'A. I. Burnazyan, professeur à l'Académie des sciences de Russie. employé du Laboratoire de Développement de Médicaments Innovants du MIPT.

L'homme est sans défense face aux dangers de l'espace : rayonnement solaire, rayons cosmiques galactiques, champs magnétiques, environnement radioactif de Mars, ceinture de radiations terrestre, microgravité (apesanteur).

L'humanité a sérieusement jeté son dévolu sur la colonisation de Mars - SpaceX promet de livrer des humains sur la planète rouge dès 2024, mais certains problèmes importants n'ont toujours pas été résolus. Ainsi, l’un des principaux risques pour la santé des astronautes est le rayonnement cosmique. Les rayonnements ionisants endommagent les molécules biologiques, notamment l'ADN, ce qui entraîne divers troubles : système nerveux, du système cardio-vasculaire et, principalement, au cancer. Les scientifiques proposent d'unir leurs forces et, en utilisant les dernières avancées de la biotechnologie, d'augmenter la radiorésistance humaine afin qu'elle puisse conquérir l'immensité de l'espace profond et coloniser d'autres planètes.

Défense humaine

Le corps dispose de moyens pour se protéger des dommages causés à l’ADN et le réparer. Notre ADN est constamment exposé aux rayonnements naturels, ainsi qu’aux espèces réactives de l’oxygène (ROS), qui se forment au cours de la respiration cellulaire normale. Mais lorsque l’ADN est réparé, notamment en cas de dommages graves, des erreurs peuvent survenir. L’accumulation de dommages à l’ADN est considérée comme l’une des principales causes du vieillissement, c’est pourquoi les radiations et le vieillissement sont des ennemis similaires de l’humanité. Cependant, les cellules peuvent s’adapter aux radiations. Il a été démontré qu’une petite dose de rayonnement non seulement ne cause aucun dommage, mais prépare également les cellules à faire face à des doses plus élevées. Maintenant normes internationales la radioprotection n’en tient pas compte. Des recherches récentes suggèrent qu’il existe un certain seuil de rayonnement en dessous duquel s’applique le principe « dur à l’entraînement, facile au combat ». Les auteurs de l'article estiment qu'il est nécessaire d'étudier les mécanismes d'adaptabilité radio afin de les mettre en service.

Moyens d'augmenter la radiorésistance : 1) thérapie génique, génie génétique multiplex, évolution expérimentale ; 2) biobanques, technologies régénératives, ingénierie des tissus et des organes, renouvellement cellulaire induit, thérapie cellulaire ; 3) radioprotecteurs, géroprotecteurs, antioxydants ; 4) hibernation ; 5) composants organiques deutérés ; 6) sélection médicale des personnes radiorésistantes.

Chef du Laboratoire de génétique de la durée de vie et du vieillissement au MIPT, membre correspondant de l'Académie des sciences de Russie, docteur en sciences biologiques Alexey Moskalev explique : « Nos études à long terme sur les effets de faibles doses de rayonnements ionisants sur l'espérance de vie Des études d'animaux modèles ont montré que de petits effets néfastes peuvent stimuler les systèmes de défense des cellules et de l'organisme (réparation de l'ADN, protéines de choc thermique, élimination des cellules non viables, immunité innée). Cependant, dans l’espace, les humains seront confrontés à une gamme de doses de rayonnement plus large et plus dangereuse. Nous avons accumulé une vaste base de données de géroprotecteurs. Les connaissances acquises suggèrent que nombre d’entre eux fonctionnent selon le mécanisme d’activation des capacités de réserve et d’augmentation de la résistance au stress. Il est probable qu’une telle stimulation aidera les futurs colonisateurs de l’espace. »

Ingénierie des astronautes

De plus, la radiorésistance diffère selon les personnes : certaines sont plus résistantes aux radiations, d’autres moins. La sélection médicale des individus radiorésistants consiste à prélever des échantillons de cellules sur des candidats potentiels et à analyser de manière approfondie la radioadaptivité de ces cellules. Ceux qui résistent le mieux aux radiations s’envoleront dans l’espace. De plus, il est possible de mener des études pangénomiques sur des personnes vivant dans des zones où haut niveau rayonnement de fond ou ceux qui y sont exposés par profession. Les différences génomiques des personnes moins sensibles au cancer et à d’autres maladies liées aux radiations pourraient à l’avenir être isolées et « greffées » sur des astronautes à l’aide de méthodes modernes de génie génétique telles que l’édition du génome.

Il existe plusieurs options pour lesquelles des gènes doivent être introduits pour augmenter la radiorésistance. Premièrement, les gènes antioxydants aideront à protéger les cellules des espèces réactives de l’oxygène produites par les radiations. Quelques groupes expérimentaux ont déjà tenté avec succès de réduire la sensibilité aux radiations en utilisant de tels transgènes. Cependant, cette méthode ne vous évitera pas une exposition directe aux rayonnements, mais uniquement une exposition indirecte.

Vous pouvez introduire des gènes pour les protéines responsables de la réparation de l'ADN. De telles expériences ont déjà été réalisées - certains gènes ont vraiment aidé et d'autres ont conduit à une instabilité génomique accrue, ce domaine attend donc de nouvelles recherches.

Une méthode plus prometteuse consiste à utiliser des transgènes radioprotecteurs. De nombreux organismes (tels que les tardigrades) ont un degré élevé de radiorésistance, et si nous découvrons quels gènes et mécanismes moléculaires se cachent derrière cela, ils peuvent être traduits chez l'homme grâce à la thérapie génique. Pour tuer 50 % des tardigrades, il faut une dose de rayonnement 1 000 fois supérieure à celle mortelle pour l’homme. Récemment, on a découvert une protéine qui serait l'un des facteurs d'une telle endurance - ce qu'on appelle le suppresseur de dommages Dsup. Dans une expérience avec une lignée cellulaire humaine, il s'est avéré que l'introduction du gène Dsup réduit les dommages de 40 %. Cela fait de ce gène un candidat prometteur pour protéger les humains des radiations.

Trousse de premiers secours du combattant

Les médicaments qui augmentent la défense de l'organisme contre les radiations sont appelés « radioprotecteurs ». À ce jour, il n’existe qu’un seul radioprotecteur approuvé par la FDA. Mais les principales voies de signalisation des cellules impliquées dans les processus des pathologies séniles sont également impliquées dans les réponses aux radiations. Sur cette base, les géroprotecteurs - médicaments qui réduisent le taux de vieillissement et prolongent l'espérance de vie - peuvent également servir de radioprotecteurs. Selon les bases de données Geroprotectors.org et DrugAge, il existe plus de 400 géroprotecteurs potentiels. Les auteurs estiment qu'il sera utile d'examiner les médicaments existants pour leurs propriétés géroprotectrices et radioprotectrices.

Étant donné que les rayonnements ionisants agissent également par l’intermédiaire d’espèces réactives de l’oxygène, les absorbeurs rédox ou, plus simplement, les antioxydants tels que le glutathion, le NAD et son précurseur NMN, peuvent aider à faire face aux rayonnements. Ces dernières semblent jouer un rôle important dans la réponse aux dommages de l’ADN et présentent donc un grand intérêt du point de vue de la protection contre les radiations et le vieillissement.

Hypernation en hibernation

Peu de temps après le lancement des premiers vols spatiaux, le principal concepteur du programme spatial soviétique, Sergueï Korolev, a commencé à développer un projet ambitieux de vol habité vers Mars. Son idée était de mettre l’équipage en état d’hibernation lors de longs voyages spatiaux. Pendant l'hibernation, tous les processus du corps ralentissent. Des expériences sur des animaux montrent que dans cet état, la résistance aux facteurs extrêmes augmente : températures plus basses, doses mortelles de rayonnement, surcharges, etc. En URSS, le projet Mars a été fermé après la mort de Sergueï Korolev. Et actuellement l'Europe agence spatiale travaille sur le projet Aurora pour les vols vers Mars et la Lune, qui envisage la possibilité d'hiberner les astronautes. L'ESA estime que l'hibernation offrira une plus grande sécurité lors des vols automatisés de longue durée. Si nous parlons de la future colonisation de l’espace, il est alors plus facile de transporter et de protéger des radiations une banque de cellules germinales cryoconservées qu’une population de personnes « prêtes ». Mais cela ne se produira clairement pas dans un avenir proche, et peut-être qu’à ce moment-là, les méthodes de radioprotection seront suffisamment développées pour que les gens n’aient plus peur de l’espace.

Artillerie lourde

Tous les composés organiques contiennent des liaisons carbone-hydrogène (C-H). Cependant, il est possible de synthétiser des composés contenant du deutérium au lieu de l’hydrogène, un analogue plus lourd de l’hydrogène. En raison de sa masse plus importante, les liaisons avec le deutérium sont plus difficiles à rompre. Cependant, le corps est conçu pour fonctionner avec de l’hydrogène, donc si trop d’hydrogène est remplacé par du deutérium, cela peut avoir de mauvaises conséquences. Il a été démontré chez divers organismes que l’ajout d’eau deutérée augmente la durée de vie et a des effets anticancéreux, mais plus de 20 % d’eau deutérée dans l’alimentation commence à avoir des effets toxiques. Les auteurs de l'article estiment que des essais précliniques devraient être menés et qu'un seuil de sécurité devrait être recherché.

Une alternative intéressante consiste à remplacer non pas l’hydrogène, mais le carbone par un analogue plus lourd. Le 13 C n'est que 8 % plus lourd que le 12 C, tandis que le deutérium est 100 % plus lourd que l'hydrogène - de tels changements seront moins critiques pour le corps. Cependant, cette méthode ne protège pas contre Écart NH Et Communication O-H, qui maintiennent les bases d’ADN ensemble. De plus, la production de 13 C est actuellement très coûteuse. Toutefois, si les coûts de production peuvent être réduits, le remplacement du carbone pourrait offrir une protection humaine supplémentaire contre les rayonnements cosmiques.

« Le problème de la radioprotection des participants aux missions spatiales appartient à la classe des problèmes très complexes qui ne peuvent être résolus dans le cadre d'un seul centre scientifique ou même d'un pays entier. C'est pour cette raison que nous avons décidé de réunir des spécialistes des principaux centres de Russie et du monde entier afin d'apprendre et de consolider leur vision des moyens de résoudre ce problème. En particulier, parmi les auteurs russes de l'article figurent des scientifiques de la FMBC qui portent leur nom. A.I. Burnazyan, Institut des problèmes biomédicaux de l'Académie des sciences de Russie, MIPT et autres institutions de renommée mondiale. Au cours des travaux sur le projet, beaucoup de participants se sont rencontrés pour la première fois et envisagent désormais de poursuivre les recherches communes qu'ils ont commencées », conclut Ivan Ozerov, coordinateur du projet, radiobiologiste, chef du groupe d'analyse des voies de signalisation cellulaire. à la startup Insilico de Skolkovo.

Designer Elena Khavina, service de presse du MIPT