rumah » kecantikan » Radiasi kosmik yang keras. Radiasi dan luar angkasa: apa yang perlu Anda ketahui? (“Rahasia” yang disembunyikan luar angkasa)

Radiasi kosmik yang keras. Radiasi dan luar angkasa: apa yang perlu Anda ketahui? (“Rahasia” yang disembunyikan luar angkasa)

Siapa yang tidak bermimpi terbang ke luar angkasa, meski tahu seperti apa rasanya? radiasi kosmik? Setidaknya terbang ke orbit Bumi atau ke Bulan, atau bahkan lebih baik lagi - lebih jauh lagi, ke Orion. Faktanya, tubuh manusia sangat sedikit beradaptasi dengan perjalanan seperti itu. Bahkan ketika terbang ke orbit, para astronot menghadapi banyak bahaya yang mengancam kesehatan dan terkadang nyawa mereka. Semua orang menonton serial TV kultus Star Trek. Salah satu tokoh hebat di sana memberikan gambaran yang sangat akurat tentang fenomena radiasi kosmik. “Ada bahaya dan penyakit dalam kegelapan dan keheningan,” kata Leonard McCoy alias Bony alias Bonesetter. Sangat sulit untuk lebih tepatnya. Radiasi kosmik selama perjalanan akan membuat seseorang lelah, lemah, sakit, dan menderita depresi.

Perasaan dalam penerbangan

Tubuh manusia tidak beradaptasi dengan kehidupan di ruang hampa udara, karena evolusi tidak memasukkan kemampuan seperti itu ke dalam gudang senjatanya. Buku-buku telah ditulis tentang hal ini, masalah ini dipelajari secara rinci oleh kedokteran, pusat-pusat telah didirikan di seluruh dunia untuk mempelajari masalah-masalah kedokteran di luar angkasa, dalam kondisi ekstrim, di dataran tinggi. Tentu lucu melihat seorang astronot tersenyum di layar sementara berbagai benda melayang di udara di sekitarnya. Faktanya, ekspedisinya jauh lebih serius dan penuh konsekuensi daripada yang terlihat oleh penduduk bumi pada umumnya, dan bukan hanya radiasi kosmik yang menimbulkan masalah.

Atas permintaan para jurnalis, astronot, insinyur, ilmuwan, yang telah mengalami secara langsung segala sesuatu yang terjadi pada manusia di luar angkasa, berbicara tentang rangkaian berbagai sensasi baru di lingkungan buatan yang asing bagi tubuh. Secara harfiah sepuluh detik setelah dimulainya penerbangan, orang yang tidak siap kehilangan kesadaran karena percepatan pesawat ruang angkasa meningkat, memisahkannya dari kompleks peluncuran. Seseorang belum merasakan sinar kosmik sekuat di luar angkasa - radiasinya diserap oleh atmosfer planet kita.

Masalah besar

Tetapi ada juga kelebihan beban yang cukup banyak: seseorang menjadi empat kali lebih berat dari beratnya sendiri, ia benar-benar tertekan ke kursi, bahkan sulit untuk menggerakkan lengannya. Semua orang pernah melihat kursi khusus ini, misalnya di pesawat ruang angkasa"Persatuan". Namun tidak semua orang mengerti mengapa astronot tersebut memiliki pose yang aneh. Namun, hal ini perlu dilakukan karena kelebihan beban mengirim hampir seluruh darah dalam tubuh turun ke kaki, dan otak dibiarkan tanpa suplai darah, itulah sebabnya pingsan terjadi. Namun kursi yang ditemukan di Uni Soviet setidaknya membantu menghindari masalah ini: posisi dengan kaki terangkat memaksa darah menyuplai oksigen ke seluruh bagian otak.

Sepuluh menit setelah dimulainya penerbangan, kurangnya gravitasi akan menyebabkan seseorang hampir kehilangan keseimbangan, orientasi dan koordinasi dalam ruang; seseorang bahkan mungkin tidak dapat melacak benda bergerak. Dia merasa mual dan muntah. Sinar kosmik juga bisa menyebabkan hal yang sama - radiasi di sini sudah jauh lebih kuat, dan jika terjadi lontaran plasma ke matahari, ancaman terhadap nyawa astronot di orbit adalah nyata, bahkan penumpang pesawat pun bisa menderita dalam penerbangan di ketinggian. Perubahan penglihatan, pembengkakan dan perubahan terjadi pada retina mata, dan bola mata menjadi cacat. Seseorang menjadi lemah dan tidak dapat menyelesaikan tugas yang diberikan kepadanya.

Teka-teki

Namun, dari waktu ke waktu manusia juga merasakan radiasi kosmik yang tinggi di Bumi; untuk itu mereka tidak perlu harus melakukan perjalanan ke luar angkasa. Planet kita terus-menerus dibombardir oleh sinar yang berasal dari kosmik, dan para ilmuwan berpendapat bahwa atmosfer kita tidak selalu memberikan perlindungan yang memadai. Ada banyak teori yang memberikan partikel energik ini kekuatan yang sangat membatasi kemungkinan adanya kehidupan di planet. Dalam banyak hal, sifat sinar kosmik ini masih menjadi misteri yang tak terpecahkan bagi para ilmuwan kita.

Partikel bermuatan subatom di ruang angkasa bergerak hampir dengan kecepatan cahaya, telah terekam beberapa kali di satelit, dan bahkan di dalamnya terdapat inti unsur kimia, proton, elektron, foton, dan neutrino. Ada kemungkinan juga bahwa partikel - berat dan super berat - mungkin ada dalam serangan radiasi kosmik. Jika mereka bisa ditemukan, sejumlah kontradiksi dalam observasi kosmologis dan astronomi akan teratasi.

Suasana

Apa yang melindungi kita dari radiasi kosmik? Hanya atmosfer kita. Sinar kosmik, yang mengancam kematian semua makhluk hidup, bertabrakan di dalamnya dan menghasilkan aliran partikel lain - tidak berbahaya, termasuk muon, kerabat elektron yang jauh lebih berat. Potensi bahaya masih ada, karena beberapa partikel mencapai permukaan bumi dan menembus kedalamannya hingga puluhan meter. Tingkat radiasi yang diterima suatu planet menunjukkan kesesuaian atau ketidaksesuaiannya untuk kehidupan. Energi tinggi yang dibawa sinar kosmik jauh melebihi radiasi dari bintangnya sendiri, karena energi proton dan foton, misalnya Matahari kita, lebih rendah.

Dan dengan kehidupan yang tinggi adalah hal yang mustahil. Di Bumi, dosis ini dikendalikan oleh kekuatan medan magnet planet dan ketebalan atmosfer; keduanya secara signifikan mengurangi bahaya radiasi kosmik. Misalnya, mungkin ada kehidupan di Mars, tetapi atmosfer di sana dapat diabaikan, tidak ada medan magnetnya sendiri, sehingga tidak ada perlindungan dari sinar kosmik yang menembus seluruh ruang angkasa. Tingkat radiasi di Mars sangat besar. Dan pengaruh radiasi kosmik terhadap biosfer planet ini sedemikian rupa sehingga semua kehidupan di dalamnya mati.

Apa yang lebih penting?

Kita beruntung, kita memiliki atmosfer tebal yang menyelimuti bumi dan medan magnet kita yang cukup kuat yang menyerap partikel berbahaya yang mencapai kerak bumi. Saya bertanya-tanya perlindungan planet mana yang bekerja lebih aktif - atmosfer atau medan magnet? Para peneliti sedang bereksperimen dengan membuat model planet, baik diberi medan magnet atau tidak. Dan kekuatan medan magnet itu sendiri berbeda-beda di antara model planet-planet ini. Sebelumnya, para ilmuwan yakin bahwa ini adalah perlindungan utama terhadap radiasi kosmik, karena mereka mengontrol levelnya di permukaan. Namun, ditemukan bahwa jumlah radiasi sebagian besar ditentukan oleh ketebalan atmosfer yang menutupi planet ini.

Jika medan magnet di Bumi “dimatikan”, dosis radiasinya hanya akan berlipat ganda. Memang banyak, tapi bagi kami dampaknya tidak terlalu signifikan. Dan jika Anda meninggalkan medan magnet dan menghilangkan atmosfer hingga sepersepuluh dari jumlah totalnya, maka dosisnya akan meningkat secara mematikan - dua kali lipat. Radiasi kosmik yang mengerikan akan membunuh segalanya dan semua orang di Bumi. Matahari kita adalah bintang katai kuning, dan di sekitarnyalah planet-planet dianggap sebagai pesaing utama untuk layak huni. Bintang-bintang ini relatif redup, jumlahnya banyak, sekitar delapan puluh persen dari jumlah total bintang di Alam Semesta kita.

Ruang dan evolusi

Para ahli teori telah menghitung bahwa planet-planet yang mengorbit katai kuning, yang terletak di zona yang cocok untuk kehidupan, memiliki kekuatan yang jauh lebih lemah Medan magnet. Hal ini terutama berlaku untuk apa yang disebut Bumi super - planet berbatu besar dengan massa sepuluh kali lebih besar dari Bumi kita. Ahli astrobiologi yakin bahwa medan magnet yang lemah secara signifikan mengurangi kemungkinan layak huni. Dan kini penemuan-penemuan baru menunjukkan bahwa masalah ini bukanlah masalah berskala besar seperti yang selama ini dipikirkan orang. Hal utama adalah suasananya.

Para ilmuwan sedang mempelajari secara komprehensif dampak peningkatan radiasi pada organisme hidup yang ada - hewan, serta berbagai tumbuhan. Penelitian terkait radiasi melibatkan pemaparan mereka pada berbagai tingkat radiasi, dari tingkat rendah hingga ekstrim, dan kemudian menentukan apakah mereka akan bertahan hidup dan seberapa berbeda perasaan mereka jika bertahan. Mikroorganisme yang terpengaruh oleh peningkatan radiasi secara bertahap mungkin menunjukkan kepada kita bagaimana evolusi terjadi di Bumi. Sinar kosmik dan radiasinya yang tinggi pernah memaksa calon manusia untuk turun dari pohon palem dan mempelajari ruang angkasa. Dan umat manusia tidak akan pernah kembali ke pepohonan lagi.

Radiasi kosmik 2017

Pada awal September 2017, seluruh planet kita dilanda kekhawatiran yang luar biasa. Matahari tiba-tiba mengeluarkan berton-ton material surya setelah penggabungan keduanya kelompok besar titik gelap. Dan emisi ini disertai dengan suar kelas X, yang memaksa medan magnet planet ini benar-benar habis. Badai magnet besar terjadi setelahnya, menyebabkan penyakit pada banyak orang, serta fenomena alam yang sangat langka dan hampir belum pernah terjadi sebelumnya di Bumi. Misalnya, di dekat Moskow dan Novosibirsk, terekam gambar cahaya utara yang kuat yang belum pernah terlihat di garis lintang ini. Namun, keindahan fenomena tersebut tidak mengaburkan akibat dari jilatan api matahari mematikan yang merasuki planet ini dengan radiasi kosmik, yang ternyata sangat berbahaya.

Kekuatannya mendekati maksimum, X-9.3, dimana hurufnya adalah kelasnya (flash sangat besar), dan angkanya adalah kekuatan flashnya (dari sepuluh kemungkinan). Bersamaan dengan rilis ini muncullah ancaman kegagalan sistem komunikasi ruang angkasa dan semua peralatan yang ada di Kosmonaut terpaksa menunggu aliran radiasi kosmik mengerikan yang dibawa oleh sinar kosmik di tempat perlindungan khusus. Kualitas komunikasi selama dua hari ini merosot secara signifikan baik di Eropa maupun Amerika, tepatnya di mana aliran partikel bermuatan dari luar angkasa diarahkan. Sekitar sehari sebelum partikel tersebut mencapai permukaan bumi, dikeluarkan peringatan tentang radiasi kosmik, yang terdengar di setiap benua dan di setiap negara.

Kekuatan Matahari

Energi yang dipancarkan bintang kita ke ruang sekitarnya sungguh besar. Dalam beberapa menit, miliaran megaton, jika dihitung dalam setara TNT, terbang ke luar angkasa. Umat manusia akan mampu menghasilkan begitu banyak energi dengan kecepatan saat ini hanya dalam satu juta tahun. Hanya seperlima dari total energi yang dipancarkan Matahari per detik. Dan ini adalah kurcaci kita yang kecil dan tidak terlalu panas! Jika Anda membayangkan berapa banyak energi destruktif yang dihasilkan oleh sumber radiasi kosmik lain, yang mana Matahari kita akan tampak seperti butiran pasir yang hampir tak terlihat, kepala Anda akan pusing. Sungguh suatu berkah bahwa kita memiliki medan magnet yang baik dan atmosfer yang luar biasa yang mencegah kita dari kematian!

Manusia terpapar bahaya seperti itu setiap hari, karena radiasi radioaktif di luar angkasa tidak pernah habis. Dari sanalah sebagian besar radiasi datang kepada kita - dari lubang hitam dan dari gugusan bintang. Ia mampu membunuh dengan radiasi dosis besar, dan dengan dosis kecil dapat mengubah kita menjadi mutan. Namun, kita juga harus ingat bahwa evolusi di Bumi terjadi berkat aliran seperti itu; radiasi mengubah struktur DNA menjadi seperti yang kita lihat sekarang. Jika kita menjalani “obat” ini, yaitu jika radiasi yang dipancarkan bintang melebihi tingkat yang diizinkan, maka prosesnya tidak dapat diubah. Lagi pula, jika makhluk bermutasi, mereka tidak akan kembali ke keadaan semula; tidak ada efek sebaliknya di sini. Oleh karena itu, kita tidak akan pernah lagi melihat organisme hidup yang ada pada kehidupan bayi baru lahir di Bumi. Setiap organisme mencoba beradaptasi dengan perubahan yang terjadi di lingkungan. Entah dia mati atau dia beradaptasi. Tapi tidak ada jalan untuk kembali.

ISS dan jilatan api matahari

Ketika Matahari menyapa kita dengan aliran partikel bermuatan, ISS baru saja lewat di antara Bumi dan bintang. Proton berenergi tinggi yang dilepaskan selama ledakan menciptakan latar belakang radiasi yang sama sekali tidak diinginkan di dalam stasiun. Partikel-partikel ini benar-benar menembus pesawat ruang angkasa mana pun. Namun, radiasi ini tidak membahayakan teknologi luar angkasa, karena dampaknya sangat kuat, namun terlalu singkat untuk melumpuhkannya. Namun selama ini para kru bersembunyi di tempat penampungan khusus, karena tubuh manusia jauh lebih rentan teknologi modern. Suarnya tidak hanya satu, datangnya dalam satu rangkaian, dan semuanya dimulai pada tanggal 4 September 2017, guna mengguncang kosmos dengan emisi yang ekstrim pada tanggal 6 September. Selama dua belas tahun terakhir, arus yang lebih kuat belum terlihat di Bumi. Awan plasma yang dikeluarkan oleh Matahari menyusul Bumi jauh lebih awal dari yang direncanakan, yang berarti kecepatan dan kekuatan alirannya melebihi perkiraan satu setengah kali lipat. Oleh karena itu, dampaknya terhadap Bumi jauh lebih kuat dari yang diperkirakan. Awan tersebut dua belas jam lebih cepat dari seluruh perhitungan para ilmuwan kita, dan karenanya semakin mengganggu medan magnet planet.

Kekuatan badai magnet ternyata empat dari lima kemungkinan, yaitu sepuluh kali lebih besar dari yang diperkirakan. Di Kanada, aurora juga diamati bahkan di garis lintang tengah, seperti di Rusia. Badai magnet planet terjadi di Bumi. Anda dapat membayangkan apa yang terjadi di luar angkasa! Radiasi merupakan bahaya paling signifikan yang ada di sana. Perlindungan terhadapnya diperlukan segera, segera setelah pesawat ruang angkasa meninggalkan lapisan atas atmosfer dan meninggalkan medan magnet jauh di bawah. Aliran partikel tak bermuatan dan bermuatan - radiasi - terus-menerus menembus ruang angkasa. Kondisi yang sama menanti kita di planet mana pun di tata surya: tidak ada medan magnet atau atmosfer di planet kita.

Jenis radiasi

Di luar angkasa, radiasi pengion dianggap paling berbahaya. Ini adalah radiasi gamma dan sinar-X dari Matahari, ini adalah partikel yang terbang setelah jilatan api matahari kromosfer, ini adalah sinar ekstragalaksi, galaksi dan kosmik matahari, angin matahari, proton dan elektron sabuk radiasi, partikel alfa dan neutron. Ada juga radiasi non-ionisasi - ultraviolet dan radiasi infra merah dari Matahari, ini adalah radiasi elektromagnetik dan cahaya tampak. Tidak ada bahaya besar di dalamnya. Kita dilindungi oleh atmosfer, dan astronot dilindungi oleh pakaian luar angkasa dan kulit kapal.

Radiasi pengion menyebabkan kerusakan yang tidak dapat diperbaiki. Hal ini berdampak buruk pada semua proses kehidupan yang terjadi di dalam tubuh manusia. Ketika partikel atau foton berenergi tinggi melewati suatu zat yang dilaluinya, ia membentuk sepasang partikel bermuatan yang disebut ion sebagai hasil interaksi dengan zat tersebut. Hal ini bahkan mempengaruhi materi tak hidup, dan materi hidup bereaksi paling keras, karena pengorganisasian sel-sel yang sangat terspesialisasi memerlukan pembaruan, dan proses ini terjadi secara dinamis selama organisme tersebut hidup. Dan semakin tinggi tingkat perkembangan evolusi suatu organisme, semakin besar pula kerusakan radiasi yang tidak dapat diubah.

Perlindungan radiasi

Para ilmuwan mencari alat-alat tersebut di berbagai bidang ilmu pengetahuan modern, termasuk dalam bidang farmakologi. Sejauh ini, belum ada obat yang memberikan hasil efektif, dan mereka yang terpapar paparan radiasi orang terus mati. Eksperimen dilakukan pada hewan baik di bumi maupun di luar angkasa. Satu-satunya hal yang menjadi jelas adalah bahwa obat apa pun harus diminum oleh seseorang sebelum radiasi dimulai, dan bukan setelahnya.

Dan jika kita memperhitungkan bahwa semua obat tersebut beracun, maka kita dapat berasumsi bahwa perjuangan melawan efek radiasi belum menghasilkan satu kemenangan pun. Bahkan agen farmakologis diambil tepat waktu, mereka hanya memberikan perlindungan terhadap radiasi gamma dan sinar-X, tetapi tidak melindungi terhadap radiasi pengion dari proton, partikel alfa, dan neutron cepat.

Di mana μ – koefisien redaman massa radiasi sinar-X cm 2 /g, X/ ρ – ketebalan massa pelindung g/cm2. Jika kita memperhitungkan beberapa lapisan, maka di bawah eksponen ada beberapa suku dengan tanda minus.

Laju dosis radiasi yang diserap dari sinar-X per satuan waktu N ditentukan oleh intensitas radiasi SAYA dan koefisien serapan massa μ EN

N = μ EN I

Untuk perhitungan, koefisien kepunahan massal dan penyerapan untuk arti yang berbeda Energi sinar-X diambil berdasarkan Koefisien Atenuasi Massa Sinar-X NIST.

Tabel 1 menunjukkan parameter yang digunakan dan hasil perhitungan dosis radiasi serapan dan ekuivalen dari proteksi.

Tabel 1. Karakteristik radiasi sinar-X, koefisien atenuasi Al dan koefisien serapan dalam tubuh, ketebalan proteksi, hasil perhitungan dosis radiasi serap dan ekuivalen per hari*

Sinar-X dari Matahari			Koefisien. melemah dan diserap		Dosis radiasi yang diserap dan setara dari proteksi eksternal, rad/hari (mSv/hari)
panjang ombak, A	E, keV	rata-rata aliran, Watt/m2	Al, cm 2 /g	organisasi. tulang, cm 2 /g	1,5 g/cm2 (LM-5)	0,35 g/cm 2 (scaff. Krechet)	0,25 g/cm 2 (perancah. XA-25)	0,15 g/cm 2 (perancah XA-15)	0,25 g/cm 2 (perancah. XO-25)	0,21 g/cm 2 (perancah OrlanM)	0,17 g/cm2 (perancah 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
Total rad/hari: Jumlah mSv/hari:					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

*Catatan – ketebalan pelindung LM-5 dan pakaian antariksa “Krechet”, “XA-25” dan “XA-15” berbahan aluminium setara, yang setara dengan lembaran aluminium 5,6, 1,3, 0,9 dan 0,6 mm; ketebalan perlindungan "ХО-25", "Orlan-M" dan A7L dari bahan yang setara dengan jaringan, yang setara dengan 2,3, 1,9 dan 1,5 mm bahan yang setara dengan jaringan.

Tabel ini digunakan untuk memperkirakan dosis radiasi per hari untuk nilai intensitas radiasi sinar-X lainnya, dikalikan dengan koefisien rasio antara nilai fluks yang ditabulasikan dan rata-rata per hari yang diinginkan. Hasil perhitungan ditunjukkan pada Gambar. 3 dan 4 berupa skala dosis radiasi yang diserap.

Perhitungan menunjukkan bahwa modul bulan dengan perisai 1,5 g/cm 2 (atau 5,6 mm Al) sepenuhnya menyerap radiasi sinar-X lembut dan keras dari Matahari. Untuk suar terkuat pada tanggal 4 November 2003 (per 2013 dan tercatat sejak 1976), intensitas radiasi sinar-X pada puncaknya adalah 28·10−4 W/m2 untuk radiasi lunak dan 4·10−4 W /m2 untuk radiasi keras. Intensitas rata-rata per hari masing-masing adalah 10 W/m2 hari dan 1,3 W/m2. Dosis radiasi untuk awak kapal per hari adalah 8 rad atau 0,08 Gy yang aman bagi manusia.

Peluang kejadian seperti 4 November 2003 ditentukan 30 menit dalam 37 tahun. Atau sama dengan ~1/650000 jam−1. Ini adalah kemungkinan yang sangat rendah. Sebagai perbandingan, rata-rata orang menghabiskan ~300.000 jam di luar rumah sepanjang hidupnya, yang setara dengan kemungkinan menjadi saksi mata peristiwa sinar-X pada tanggal 4 November 2003 dengan probabilitas 1/2.

Untuk menentukan kebutuhan radiasi untuk pakaian antariksa, kami mempertimbangkan suar sinar-X di Matahari, ketika intensitasnya meningkat 50 kali lipat untuk radiasi lunak dan 1000 kali lipat untuk radiasi keras relatif terhadap latar belakang rata-rata harian aktivitas matahari maksimum. Menurut Gambar. 4, kemungkinan kejadian tersebut adalah 3 wabah dalam 30 tahun. Intensitas radiasi sinar-X lunak akan sama dengan 4,3 Watt/m2 hari dan untuk radiasi sinar-X keras - 0,26 W/m2.

Persyaratan radiasi dan parameter pakaian antariksa bulan

Dalam pakaian antariksa di permukaan bulan, dosis radiasi setara sinar-X meningkat.

Saat menggunakan pakaian antariksa “Krechet” untuk tabulasi nilai intensitas radiasi, dosis radiasinya adalah 5 mrad/hari. Perlindungan terhadap radiasi sinar-X disediakan oleh lembaran aluminium 1,2-1,3 mm, yang mengurangi intensitas radiasi sebesar ~e9=7600 kali lipat. Bila menggunakan lembaran aluminium dengan ketebalan lebih kecil, dosis radiasi meningkat: untuk 0,9 mm Al – 15 mrad/hari, untuk 0,6 mm Al – 120 mrad/hari.

Menurut IAEA, radiasi latar tersebut dianggap sebagai kondisi normal bagi manusia.

Ketika daya radiasi Matahari meningkat hingga nilai 0,86 Watt/m 2 hari, maka dosis radiasi untuk proteksi 0,6 mm Al sama dengan 1,2 rad/ess, yaitu berada pada batas kondisi normal dan berbahaya bagi kesehatan manusia.

Pakaian antariksa bulan "Krechet". Pemandangan palka ransel terbuka tempat astronot memasuki pakaian antariksa. Dalam kerangka Soviet program bulan perlu untuk membuat pakaian antariksa yang memungkinkannya mencukupi lama bekerja langsung di Bulan. Itu disebut "Krechet" dan menjadi prototipe pakaian antariksa "Orlan", yang saat ini digunakan untuk bekerja di luar angkasa. Berat 106kg.

Dosis radiasi meningkat dengan urutan besarnya ketika menggunakan perlindungan yang setara dengan jaringan (polimer seperti mylar, nilon, kain kempa, fiberglass). Jadi untuk pakaian antariksa Orlan-M, dengan perlindungan 0,21 g/cm 2 zat setara jaringan, intensitas radiasi berkurang ~e3=19 kali lipat dan dosis radiasi dari radiasi sinar-X untuk jaringan tulang tubuh akan menjadi 1,29 rad/esensi. Untuk proteksi 0,25 g/cm 2 dan 0,17 g/cm 2 masing-masing 1,01 dan 1,53 rad/ess.

Awak Apollo 16 John Young (komandan), Thomas Mattingly (pilot modul komando) dan Charles Duke (pilot modul bulan) mengenakan pakaian antariksa A7LB. Sulit untuk mengenakan pakaian antariksa seperti itu sendiri.

Eugene Cernan dalam pakaian antariksa A7LB, misi Apollo 17.

A7L - jenis pakaian antariksa utama yang digunakan oleh astronot NASA dalam program Apollo hingga tahun 1975. Tampilan bagian dari pakaian luar. Pakaian luar termasuk: 1) kain fiberglass tahan api seberat 2 kg, 2) insulasi termal vakum layar (EVTI) untuk melindungi seseorang dari panas berlebih saat berada di bawah sinar matahari dan dari kehilangan panas yang berlebihan di permukaan Bulan yang gelap, adalah satu paket dari 7 lapis film Mylar dan nilon tipis dengan permukaan alumina mengkilat, selubung tipis serat Dacron diletakkan di antara lapisan, beratnya 0,5 kg; 3) lapisan anti meteor yang terbuat dari nilon dengan lapisan neoprena (tebal 3–5 mm) dan berat 2–3 kg. Cangkang bagian dalam pakaian antariksa terbuat dari kain tahan lama, plastik, kain karet, dan karet. Massa cangkang bagian dalam adalah ~20 kg. Perlengkapan tersebut termasuk helm, sarung tangan, sepatu bot, dan cairan pendingin. Berat set pakaian luar angkasa ekstravehicular A7L adalah 34,5 kg

Dengan peningkatan intensitas radiasi Matahari sebesar 0,86 Watt/m 2 hari, dosis radiasi untuk proteksi sebesar 0,25 g/cm 2 , 0,21 g/cm 2 dan 0,17 g/cm 2 zat setara jaringan , masing-masing, adalah 10,9, 12,9 dan 15,3 rad/ess. Dosis ini setara dengan 500-700 prosedur rontgen dada manusia.Dosis tunggal 10-15 rad mempengaruhi sistem saraf dan jiwa, risiko leukemia darah meningkat 5%, dan keterbelakangan mental diamati pada keturunan orang tua. Menurut IAEA, radiasi latar tersebut menimbulkan bahaya yang sangat serius bagi manusia.

Dengan intensitas radiasi sinar X sebesar 4,3 Watt/m 2 hari maka dosis radiasi per hari sebesar 50-75 rad dan menimbulkan penyakit radiasi.

Kosmonot Mikhail Tyurin dengan pakaian antariksa Orlan-M. Setelan itu digunakan di stasiun MIR dan ISS dari tahun 1997 hingga 2009. Berat 112 kg. Saat ini ISS menggunakan Orlan-MK (dimodernisasi, terkomputerisasi). Berat 120kg.

Jalan keluar paling sederhana adalah dengan mengurangi waktu yang dihabiskan astronot di bawah sinar matahari langsung menjadi 1 jam. Dosis radiasi yang diserap pada pakaian antariksa Orlan-M akan berkurang menjadi 0,5 rad. Pendekatan lain adalah dengan beroperasi di bawah bayang-bayang stasiun luar angkasa, sehingga durasi aktivitas ekstravehicular dapat ditingkatkan secara signifikan, meskipun terdapat radiasi sinar-X eksternal yang tinggi. Jika Anda berada di permukaan Bulan jauh di luar dasar Bulan, tidak selalu memungkinkan untuk kembali dan berlindung dengan cepat. Anda dapat menggunakan bayangan lanskap bulan atau payung dari sinar X-ray...

Sederhana cara yang efektif perlindungan terhadap radiasi sinar-X dari Matahari adalah dengan penggunaan lembaran aluminium pada pakaian antariksa. Pada 0,9 mm Al (ketebalan 0,25 g/cm 2 setara aluminium), pakaian tersebut memiliki margin 67 kali lipat dari rata-rata latar belakang sinar-X. Dengan peningkatan latar belakang 10 kali lipat menjadi 0,86 Watt/m 2 hari, dosis radiasinya adalah 0,15 rad/hari. Bahkan dengan peningkatan fluks sinar-X secara tiba-tiba sebesar 50 kali lipat dari rata-rata latar belakang menjadi 4,3 Watt/m 2 hari, dosis radiasi yang diserap per hari tidak akan melebihi 0,75 rad.

Pada 0,7 mm Al (ketebalan 0,20 g/cm 2 setara aluminium), perlindungan ini mempertahankan margin radiasi 35 kali lipat. Pada 0,86 Watt/m2 hari, dosis radiasi tidak lebih dari 0,38 rad/hari. Pada 4,3 Watt/m2 hari, dosis radiasi yang diserap tidak akan melebihi 1,89 rad.

Perhitungan menunjukkan bahwa untuk memberikan proteksi radiasi sebesar 0,25 g/cm 2 setara aluminium, diperlukan setara jaringan sebesar 1,4 g/cm 2. Dengan nilai perlindungan massal pakaian antariksa ini, ketebalannya akan bertambah beberapa kali lipat dan mengurangi kegunaannya.

HASIL DAN KESIMPULAN

Dalam kasus radiasi proton, perlindungan setara jaringan memiliki keunggulan 20-30% dibandingkan aluminium.

Saat terkena radiasi sinar-X, pelindung pakaian berbahan setara aluminium lebih disukai daripada polimer. Kesimpulan ini sejalan dengan hasil penelitian David Smith dan John Scalo.

Pakaian antariksa bulan harus memiliki dua parameter perlindungan:

1) parameter untuk melindungi pakaian antariksa yang terbuat dari bahan yang setara dengan jaringan dari radiasi proton, tidak lebih rendah dari 0,21 g/cm 2 ;
2) parameter perlindungan pakaian antariksa yang terbuat dari aluminium setara dari radiasi sinar-X, tidak lebih rendah dari 0,20 g/cm 2 .

Apabila menggunakan pelindung Al pada kulit terluar pakaian antariksa dengan luas 2,5-3 m2, maka berat pakaian antariksa berbasis Orlan-MK akan bertambah 5-6 kg.

Untuk pakaian antariksa bulan, total dosis radiasi yang diserap dari angin matahari dan sinar-X dari Matahari pada tahun aktivitas matahari maksimum adalah 0,19 rad/hari (dosis radiasi setara – 8,22 mSv/hari). Pakaian antariksa tersebut memiliki margin keamanan radiasi 4 kali lipat untuk angin matahari dan margin keamanan radiasi 35 kali lipat untuk radiasi sinar-X. Tidak diperlukan tindakan perlindungan tambahan, seperti payung radiasi aluminium.

Untuk pakaian antariksa Orlan-M, masing-masing, 1,45 rad/hari (dosis radiasi setara - 20,77 mSv/hari). Pakaian tersebut memiliki margin keamanan radiasi 4 kali lipat untuk angin matahari.

Untuk pakaian antariksa A7L (A7LB) misi Apollo, masing-masing, 1,70 rad/hari (dosis radiasi setara - 23,82 mSv/hari). Pakaian tersebut memiliki margin keamanan radiasi 3 kali lipat untuk angin matahari.

Jika terus menerus berada di permukaan Bulan selama 4 hari dengan pakaian antariksa modern tipe Orlan atau A7L, seseorang memperoleh dosis radiasi 0,06-0,07 Gy, yang membahayakan kesehatannya. Hal ini konsisten dengan temuan David Smith dan John Scalo , bahwa di luar angkasa cislunar dengan pakaian antariksa modern, dalam waktu 100 jam, dengan probabilitas 10%, seseorang akan menerima dosis radiasi di atas 0,1 Gray yang berbahaya bagi kesehatan dan kehidupan. Pakaian antariksa tipe Orlan atau A7L memerlukan tindakan perlindungan sinar-X tambahan, seperti payung radiasi aluminium.

Pakaian antariksa bulan yang diusulkan di pangkalan Orlan memperoleh dosis radiasi 0,76 rad atau 0,0076 Gy dalam 4 hari. (Satu jam paparan angin matahari di permukaan bulan dengan pakaian antariksa sama dengan dua rontgen dada.) Menurut IAEA, risiko radiasi diakui sebagai kondisi normal bagi manusia.

NASA sedang menguji pakaian antariksa baru untuk penerbangan berawak ke Bulan pada tahun 2020 mendatang.

Selain risiko radiasi dari angin matahari dan sinar-X dari Matahari, terdapat pula fluks. Lebih lanjut tentang ini nanti.

Sejak kemunculannya di Bumi, semua organisme telah ada, berkembang, dan berevolusi di bawah paparan radiasi yang konstan. Radiasi juga sama alaminya sebuah fenomena alam, seperti angin, pasang surut, hujan, dll.

Radiasi latar belakang alami (NBR) hadir di Bumi pada semua tahap pembentukannya. Ia sudah ada jauh sebelum kehidupan dan kemudian biosfer muncul. Radioaktivitas dan radiasi pengion yang menyertainya merupakan faktor yang mempengaruhi kondisi saat ini biosfer, evolusi Bumi, kehidupan di Bumi dan komposisi unsur Tata Surya. Setiap organisme terkena karakteristik radiasi latar belakang suatu area tertentu. Sampai tahun 1940-an hal ini disebabkan oleh dua faktor: peluruhan radionuklida yang berasal dari alam, yang terletak di habitat organisme tertentu dan di dalam organisme itu sendiri, dan sinar kosmik.

Sumber radiasi alam (alami) adalah ruang angkasa dan radionuklida alam yang terkandung dalam bentuk alami dan konsentrasi di semua benda biosfer: tanah, air, udara, mineral, organisme hidup, dll. Benda apa pun yang ada di sekitar kita dan diri kita sendiri dalam arti mutlak kata-kata bersifat radioaktif.

Populasi dunia menerima dosis utama radiasi dari sumber radiasi alami. Kebanyakan dari mereka sedemikian rupa sehingga sangat mustahil untuk menghindari paparan radiasi dari mereka. Sepanjang sejarah Bumi jenis yang berbeda radiasi menembus permukaan bumi dari luar angkasa dan berasal dari zat radioaktif yang berada di dalamnya kerak bumi. Seseorang terkena radiasi dalam dua cara. Zat radioaktif dapat berada di luar tubuh dan menyinarinya dari luar (dalam hal ini kita berbicara tentang iradiasi eksternal) atau dapat berakhir di udara yang dihirup seseorang, dalam makanan atau air dan masuk ke dalam tubuh (metode iradiasi ini disebut dalaman).

Setiap penghuni bumi terkena radiasi dari sumber radiasi alami. Hal ini sebagian bergantung pada tempat tinggal orang.Tingkat radiasi di beberapa tempat di dunia, terutama di lokasi batuan radioaktif, jauh lebih tinggi dari rata-rata, dan di tempat lain lebih rendah. Sumber radiasi terestrial secara kolektif bertanggung jawab atas sebagian besar paparan manusia melalui radiasi alam. Rata-rata, mereka menyediakan lebih dari 5/6 dosis setara efektif tahunan yang diterima masyarakat, terutama karena paparan internal. Sisanya disumbangkan oleh sinar kosmik, terutama melalui iradiasi eksternal.

Latar belakang radiasi alam dibentuk oleh radiasi kosmik (16%) dan radiasi yang dihasilkan oleh radionuklida yang tersebar di alam yang terkandung di kerak bumi, udara tanah, tanah, air, tumbuhan, makanan, pada organisme hewan dan manusia (84%). Radiasi latar belakang teknogenik terutama dikaitkan dengan pemrosesan dan pergerakan batuan, pembakaran batu bara, minyak, gas, dan bahan bakar fosil lainnya, serta pengujian. senjata nuklir dan energi nuklir.

Radiasi latar belakang alam merupakan faktor lingkungan integral yang mempunyai dampak signifikan terhadap kehidupan manusia. Radiasi latar belakang alami sangat bervariasi di berbagai wilayah di bumi. Dosis ekuivalen dalam tubuh manusia rata-rata 2 mSv = 0,2 rem. Perkembangan evolusi menunjukkan bahwa dalam kondisi alam, tersedia kondisi optimal bagi kehidupan manusia, hewan, dan tumbuhan. Oleh karena itu, ketika menilai bahaya yang disebabkan oleh radiasi pengion, penting untuk mengetahui sifat dan tingkat paparan dari berbagai sumber.

Karena radionuklida, seperti atom lainnya, membentuk senyawa tertentu di alam dan sesuai dengan fungsinya sifat kimia merupakan bagian dari mineral tertentu, sebaran radionuklida alami di kerak bumi tidak merata. Radiasi kosmik, sebagaimana disebutkan di atas, juga bergantung pada sejumlah faktor dan dapat berbeda beberapa kali lipat. Dengan demikian, radiasi latar alami berbeda di berbagai tempat di dunia. Hal ini terkait dengan konvensi konsep “radiasi latar belakang normal”: dengan ketinggian di atas permukaan laut, latar belakang meningkat karena radiasi kosmik, di tempat-tempat di mana granit atau pasir kaya thorium muncul ke permukaan, radiasi latar juga lebih tinggi. , dan seterusnya. Oleh karena itu, kita hanya dapat berbicara tentang rata-rata latar belakang radiasi alami untuk suatu wilayah, wilayah, negara, dll.

Dosis efektif rata-rata yang diterima penghuni planet kita dari sumber alami per tahun adalah 2,4 mSv .

Kira-kira 1/3 dari dosis ini terbentuk karena radiasi eksternal (kira-kira sama dari luar angkasa dan dari radionuklida) dan 2/3nya disebabkan oleh radiasi internal, yaitu radionuklida alami yang terletak di dalam tubuh kita. Rata-rata aktivitas spesifik manusia adalah sekitar 150 Bq/kg. Radiasi latar belakang alami (paparan eksternal) pada permukaan laut rata-rata sekitar 0,09 μSv/jam. Ini setara dengan sekitar 10 µR/jam.

Radiasi kosmik adalah aliran partikel pengion yang jatuh ke bumi dari luar angkasa. Komposisi radiasi kosmik meliputi:

Radiasi kosmik terdiri dari tiga komponen yang berbeda asalnya:

1) radiasi partikel yang ditangkap oleh medan magnet bumi;

2) radiasi kosmik galaksi;

3) radiasi sel darah dari Matahari.

Radiasi dari partikel bermuatan yang ditangkap oleh medan magnet bumi - pada jarak 1,2-8 jari-jari bumi terdapat apa yang disebut sabuk radiasi yang mengandung proton dengan energi 1-500 MeV (terutama 50 MeV), elektron dengan energi sekitar 0,1 -0,4 MeV dan sejumlah kecil partikel alfa.

Menggabungkan. Sinar kosmik galaksi sebagian besar terdiri dari proton (79%) dan partikel alfa (20%), yang mencerminkan melimpahnya hidrogen dan helium di alam semesta. Dari ion-ion berat, ion besi merupakan ion yang paling penting karena intensitasnya yang relatif tinggi dan nomor atomnya yang besar.

Asal. Sumber sinar kosmik galaksi adalah suar bintang, ledakan supernova, percepatan pulsar, ledakan inti galaksi, dll.

Seumur hidup. Masa hidup partikel dalam radiasi kosmik adalah sekitar 200 juta tahun. Pengurungan partikel terjadi karena medan magnet ruang antarbintang.

Interaksi dengan atmosfer . Memasuki atmosfer, sinar kosmik berinteraksi dengan atom nitrogen, oksigen, dan argon. Partikel lebih sering bertabrakan dengan elektron dibandingkan dengan inti, tetapi partikel berenergi tinggi kehilangan sedikit energi. Ketika tumbukan dengan inti atom, partikel hampir selalu tersingkir dari alirannya, sehingga melemahnya radiasi primer hampir seluruhnya disebabkan oleh reaksi nuklir.

Ketika proton bertabrakan dengan inti, neutron dan proton terlempar keluar dari inti, dan terjadilah reaksi fisi nuklir. Partikel sekunder yang dihasilkan memiliki energi yang signifikan dan dengan sendirinya menginduksi reaksi nuklir yang sama, yaitu seluruh rangkaian reaksi terbentuk, yang disebut pancuran atmosfer luas terbentuk. Sebuah partikel primordial berenergi tinggi dapat menghasilkan hujan sepuluh generasi reaksi berturut-turut yang menghasilkan jutaan partikel.

Inti dan nukleon baru, yang membentuk komponen radiasi aktif nuklir, terbentuk terutama di lapisan atas atmosfer. Di bagian bawahnya, aliran inti dan proton melemah secara signifikan akibat tumbukan nuklir dan hilangnya ionisasi lebih lanjut. Di permukaan laut, obat ini hanya menghasilkan beberapa persen dari laju dosis.

Radionuklida kosmogenik

Akibat reaksi nuklir yang terjadi di bawah pengaruh sinar kosmik di atmosfer dan sebagian di litosfer, inti radioaktif terbentuk. Dari jumlah tersebut, kontribusi terbesar terhadap penciptaan dosis dibuat oleh (β-emitor: 3 H (T 1/2 = 12,35 tahun), 14 C (T 1/2 = 5730 tahun), 22 Na (T 1/2 = 2,6 tahun) - masuk ke dalam tubuh manusia dengan makanan Berdasarkan data yang disajikan, kontribusi radiasi terbesar berasal dari karbon-14. Orang dewasa mengkonsumsi ~ 95 kg karbon per tahun dengan makanan.

Radiasi sinar matahari, terdiri dari radiasi elektromagnetik hingga rentang sinar-X, proton dan partikel alfa;

Jenis radiasi yang terdaftar adalah yang utama, hampir hilang seluruhnya pada ketinggian sekitar 20 km karena interaksi dengan lapisan atas atmosfer. Dalam hal ini terbentuklah radiasi kosmik sekunder yang mencapai permukaan bumi dan mempengaruhi biosfer (termasuk manusia). Radiasi sekunder meliputi neutron, proton, meson, elektron, dan foton.

Intensitas radiasi kosmik bergantung pada sejumlah faktor:

Perubahan fluks radiasi galaksi,

aktivitas matahari,

Garis lintang geografis,

Ketinggian di atas permukaan laut.

Tergantung pada ketinggian, intensitas radiasi kosmik meningkat tajam.

Radionuklida kerak bumi.

Isotop berumur panjang (dengan waktu paruh miliaran tahun) yang tidak sempat membusuk selama keberadaan planet kita tersebar di kerak bumi. Mereka mungkin terbentuk bersamaan dengan pembentukan planet-planet di Tata Surya (isotop yang berumur relatif pendek meluruh sepenuhnya). Isotop-isotop ini disebut zat radioaktif alami, artinya zat yang terbentuk dan terus-menerus dibentuk kembali tanpa campur tangan manusia. Ketika mereka membusuk, mereka membentuk isotop perantara, juga radioaktif.

Sumber radiasi eksternal adalah lebih dari 60 radionuklida alami yang ditemukan di biosfer bumi. Unsur radioaktif alam terkandung dalam jumlah yang relatif kecil di seluruh cangkang dan inti bumi. Arti khusus karena manusia memiliki unsur radioaktif biosfer, yaitu. bagian dari cangkang bumi (lito-, hidro- dan atmosfer) dimana mikroorganisme, tumbuhan, hewan dan manusia berada.

Selama miliaran tahun, terjadi proses peluruhan radioaktif inti atom yang tidak stabil secara terus-menerus. Akibatnya, total radioaktivitas materi dan batuan bumi berangsur-angsur menurun. Isotop yang berumur relatif pendek meluruh sempurna. Terutama unsur-unsur dengan waktu paruh yang diukur dalam miliaran tahun telah diawetkan, serta produk sekunder peluruhan radioaktif yang berumur relatif pendek, membentuk rantai transformasi yang berurutan, yang disebut keluarga unsur radioaktif. Di kerak bumi, radionuklida alami dapat tersebar secara merata atau terkonsentrasi dalam bentuk endapan.

Radionuklida alami (alami). dapat dibagi menjadi tiga kelompok:

Radionuklida yang termasuk dalam famili radioaktif (seri),

Radionuklida lain (bukan milik keluarga radioaktif) yang menjadi bagian kerak bumi selama pembentukan planet ini,

Radionuklida terbentuk di bawah pengaruh radiasi kosmik.

Selama pembentukan bumi, radionuklida, bersama dengan nuklida stabil, juga menjadi bagian dari kerak bumi. Sebagian besar radionuklida ini termasuk dalam keluarga radioaktif (seri). Setiap rangkaian mewakili rantai transformasi radioaktif yang berurutan, ketika inti yang terbentuk selama peluruhan inti induk juga, pada gilirannya, meluruh, kembali menghasilkan inti yang tidak stabil, dll. Awal dari rantai tersebut adalah radionuklida, yang tidak terbentuk dari radionuklida lain, tetapi terkandung di kerak bumi dan biosfer sejak lahir. Radionuklida ini disebut nenek moyang dan seluruh famili (seri) dinamai menurut namanya. Secara total, ada tiga nenek moyang di alam - uranium-235, uranium-238 dan thorium-232, dan karenanya, tiga rangkaian radioaktif - dua uranium dan thorium. Semua rangkaian diakhiri dengan isotop timbal yang stabil.

Thorium memiliki waktu paruh terpanjang (14 miliar tahun), sehingga hampir seluruhnya terawetkan sejak pertambahan bumi. Uranium-238 mengalami peluruhan sebagian besar, sebagian besar uranium-235 membusuk, dan isotop neptunium-232 membusuk seluruhnya. Oleh karena itu, terdapat banyak thorium di kerak bumi (hampir 20 kali lebih banyak uranium), dan uranium-235 140 kali lebih sedikit daripada uranium-238. Karena nenek moyang keluarga keempat (neptunium) telah hancur total sejak pertambahan Bumi, ia hampir tidak ada lagi di bebatuan. Neptunium telah ditemukan dalam bijih uranium dalam jumlah yang dapat diabaikan. Namun asal usulnya bersifat sekunder dan disebabkan oleh pemboman inti uranium-238 oleh neutron sinar kosmik. Neptunium sekarang diproduksi menggunakan reaksi nuklir buatan. Bagi seorang ahli ekologi, hal ini tidak menarik.

Sekitar 0,0003% (menurut berbagai sumber 0,00025-0,0004%) kerak bumi adalah uranium. Artinya, satu meter kubik tanah paling biasa mengandung rata-rata 5 gram uranium. Ada tempat di mana jumlah ini ribuan kali lebih besar - ini adalah deposit uranium. Satu meter kubik air laut mengandung sekitar 1,5 mg uranium. Unsur kimia alami ini diwakili oleh dua isotop -238U dan 235U, yang masing-masing merupakan pendiri rangkaian radioaktifnya sendiri. Sebagian besar uranium alam (99,3%) adalah uranium-238. Radionuklida ini sangat stabil, kemungkinan peluruhannya (yaitu peluruhan alfa) sangat kecil. Kemungkinan ini ditandai dengan waktu paruh 4,5 miliar tahun. Artinya, sejak terbentuknya planet kita, jumlahnya berkurang setengahnya. Oleh karena itu, radiasi latar di planet kita dulunya lebih tinggi. Rantai transformasi radioaktif yang menghasilkan radionuklida alami dari seri uranium:

Deret radioaktif mencakup radionuklida berumur panjang (yaitu radionuklida dengan waktu paruh panjang) dan radionuklida berumur pendek, tetapi semua radionuklida dalam deret tersebut ada di alam, bahkan radionuklida yang meluruh dengan cepat. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa seiring berjalannya waktu, keseimbangan telah terbentuk (yang disebut “keseimbangan sekuler”) - laju peluruhan setiap radionuklida sama dengan laju pembentukannya.

Ada radionuklida alami yang masuk ke kerak bumi selama pembentukan planet dan tidak termasuk dalam seri uranium atau thorium. Pertama-tama, itu adalah potasium-40. Kandungan 40 K di kerak bumi sekitar 0,00027% (massa), waktu paruhnya 1,3 miliar tahun. Nuklida anak perempuan, kalsium-40, stabil. Kalium-40 ditemukan dalam jumlah yang signifikan pada tumbuhan dan organisme hidup dan memberikan kontribusi yang signifikan terhadap total dosis radiasi internal pada manusia.

Kalium alami mengandung tiga isotop: kalium-39, kalium-40 dan kalium-41, yang mana hanya kalium-40 yang bersifat radioaktif. Rasio kuantitatif ketiga isotop di alam terlihat seperti ini: 93,08%, 0,012% dan 6,91%.

Kalium-40 terurai dalam dua cara. Sekitar 88% atomnya mengalami radiasi beta dan menjadi atom kalsium-40. 12% atom sisanya, yang mengalami penangkapan K, berubah menjadi atom argon-40. Metode kalium-argon untuk menentukan usia absolut batuan dan mineral didasarkan pada sifat kalium-40 ini.

Kelompok radionuklida alam yang ketiga terdiri dari radionuklida kosmogenik. Radionuklida ini terbentuk di bawah pengaruh radiasi kosmik dari nuklida stabil akibat reaksi nuklir. Ini termasuk tritium, berilium-7, karbon-14, natrium-22. Misalnya, reaksi nuklir pembentukan tritium dan karbon-14 dari nitrogen di bawah pengaruh neutron kosmik:

Karbon menempati tempat khusus di antara radioisotop alam. Karbon alam terdiri dari dua isotop stabil, di antaranya karbon-12 yang mendominasi (98,89%). Sisanya hampir seluruhnya merupakan karbon-13 (1,11%).

Selain isotop karbon yang stabil, lima isotop radioaktif lainnya juga diketahui. Empat di antaranya (karbon-10, karbon-11, karbon-15, dan karbon-16) mempunyai waktu paruh yang sangat pendek (detik dan sepersekian detik). Radioisotop kelima, karbon-14, memiliki waktu paruh 5.730 tahun.

Di alam, konsentrasi karbon-14 sangat rendah. Misalnya, pada tumbuhan modern terdapat satu atom isotop ini untuk setiap 10 9 atom karbon-12 dan karbon-13. Namun, dengan munculnya senjata atom dan teknologi nuklir karbon-14 diproduksi secara artifisial melalui interaksi neutron lambat dengan nitrogen di atmosfer, sehingga jumlahnya terus bertambah.

Ada beberapa konvensi mengenai latar belakang apa yang dianggap “normal”. Jadi, dengan dosis efektif tahunan “rata-rata planet” per orang adalah 2,4 mSv, di banyak negara nilai ini adalah 7-9 mSv/tahun. Artinya, sejak dahulu kala, jutaan orang hidup dalam kondisi muatan dosis alami yang beberapa kali lebih tinggi dibandingkan rata-rata statistik. Penelitian medis dan statistik demografi menunjukkan bahwa hal ini tidak mempengaruhi kehidupan mereka dengan cara apapun dan tidak berdampak negatif pada kesehatan mereka atau kesehatan keturunan mereka.

Berbicara tentang konvensionalitas konsep latar belakang alam “normal”, kita juga dapat menunjukkan sejumlah tempat di planet ini di mana tingkat radiasi alam melebihi rata-rata statistik tidak hanya beberapa kali, tetapi juga puluhan kali lipat (tabel); puluhan dan ratusan ribu penduduk terkena dampak ini. Dan ini juga merupakan norma, ini juga tidak mempengaruhi kesehatan mereka sama sekali. Selain itu, banyak daerah dengan peningkatan radiasi latar telah menjadi tempat pariwisata massal (pantai laut) dan resor yang diakui (Perairan Mineral Kaukasia, Karlovy Vary, dll.) selama berabad-abad.

Salah satu faktor biologis negatif utama di luar angkasa, selain keadaan tanpa bobot, adalah radiasi. Tetapi jika situasi tanpa bobot di berbagai benda di Tata Surya (misalnya, di Bulan atau Mars) lebih baik daripada di ISS, maka keadaan radiasi menjadi lebih rumit.

Menurut asal usulnya, radiasi kosmik ada dua jenis. Ini terdiri dari sinar kosmik galaksi (GCR) dan proton bermuatan positif berat yang berasal dari Matahari. Kedua jenis radiasi ini berinteraksi satu sama lain. Selama aktivitas matahari, intensitas sinar galaksi berkurang, begitu pula sebaliknya. Planet kita dilindungi dari angin matahari oleh medan magnet. Meskipun demikian, beberapa partikel bermuatan mencapai atmosfer. Hasilnya adalah fenomena yang dikenal sebagai aurora. GCR berenergi tinggi hampir tidak tertahan oleh magnetosfer, namun tidak mencapai permukaan bumi dalam jumlah yang berbahaya karena atmosfernya yang padat. Orbit ISS berada di atas lapisan padat atmosfer, namun berada di dalam sabuk radiasi bumi. Oleh karena itu, tingkat radiasi kosmik di stasiun tersebut jauh lebih tinggi dibandingkan di Bumi, namun jauh lebih rendah dibandingkan di luar angkasa. Dalam hal sifat pelindungnya, atmosfer bumi kira-kira setara dengan lapisan timah setebal 80 sentimeter.

Satu-satunya sumber dosis radiasi yang dapat diandalkan yang dapat diterima selama penerbangan luar angkasa jangka panjang dan di permukaan Mars adalah instrumen RAD di Mars Science Laboratory, yang lebih dikenal sebagai Curiosity. Untuk memahami seberapa akurat data yang dikumpulkannya, pertama-tama mari kita lihat ISS.

Pada bulan September 2013, jurnal Science menerbitkan artikel tentang hasil alat RAD. Grafik perbandingan yang dihasilkan oleh Jet Propulsion Laboratory NASA (sebuah organisasi yang tidak terkait dengan eksperimen yang dilakukan di ISS, tetapi bekerja dengan instrumen RAD dari penjelajah Curiosity) menunjukkan bahwa selama enam bulan tinggal di stasiun luar angkasa dekat Bumi, seseorang menerima dosis radiasi kira-kira sama dengan 80 mSv (millisievert). ). Namun publikasi Universitas Oxford tahun 2006 (ISBN 978-0-19-513725-5) menyatakan bahwa seorang astronot di ISS menerima rata-rata 1 mSv per hari, yaitu dosis enam bulan harus 180 mSv. Akibatnya, kita melihat perbedaan besar dalam perkiraan tingkat radiasi di orbit rendah Bumi yang telah lama dipelajari.

Siklus matahari utama mempunyai jangka waktu 11 tahun, dan karena GCR dan angin matahari saling berhubungan, untuk pengamatan yang andal secara statistik, perlu mempelajari data radiasi di berbagai bagian siklus matahari. Sayangnya, seperti disebutkan di atas, semua data yang kita miliki mengenai radiasi di luar angkasa dikumpulkan dalam delapan bulan pertama tahun 2012 oleh MSL dalam perjalanannya ke Mars. Informasi tentang radiasi di permukaan planet dikumpulkan olehnya selama tahun-tahun berikutnya. Hal ini tidak berarti bahwa data tersebut salah. Anda hanya perlu memahami bahwa mereka hanya dapat mencerminkan karakteristik dalam jangka waktu terbatas.

Data terbaru dari alat RAD diterbitkan pada tahun 2014. Menurut ilmuwan dari Jet Propulsion Laboratory NASA, selama enam bulan berada di permukaan Mars, seseorang akan menerima dosis radiasi rata-rata sekitar 120 mSv. Angka ini berada di tengah-tengah antara perkiraan dosis radiasi terendah dan tertinggi di ISS. Selama penerbangan ke Mars, jika juga memakan waktu enam bulan, dosis radiasinya akan menjadi 350 mSv, yakni 2-4,5 kali lebih banyak dibandingkan di ISS. Selama penerbangannya, MSL mengalami lima jilatan api matahari berkekuatan sedang. Kita tidak mengetahui secara pasti berapa dosis radiasi yang akan diterima astronot di Bulan, karena tidak ada eksperimen yang dilakukan secara khusus mempelajari radiasi kosmik selama program Apollo. Dampaknya telah dipelajari hanya dalam hubungannya dengan dampak fenomena negatif lainnya, seperti pengaruh debu bulan. Namun, dapat diasumsikan bahwa dosisnya akan lebih tinggi daripada di Mars, karena Bulan tidak dilindungi bahkan oleh atmosfer yang lemah, tetapi lebih rendah daripada di luar angkasa, karena seseorang di Bulan hanya akan disinari “dari atas” dan “dari samping” , tetapi tidak dari bawah kaki Anda./

Kesimpulannya, dapat diketahui bahwa radiasi merupakan permasalahan yang pasti memerlukan solusi jika terjadi kolonisasi di Tata Surya. Namun, kepercayaan luas bahwa lingkungan radiasi di luar magnetosfer bumi tidak memungkinkan penerbangan luar angkasa dalam jangka panjang tidaklah benar. Untuk penerbangan ke Mars, perlu memasang lapisan pelindung di seluruh modul perumahan kompleks penerbangan luar angkasa, atau di kompartemen “badai” terpisah yang dilindungi khusus, di mana astronot dapat menunggu hujan proton. Ini tidak berarti bahwa pengembang harus menggunakan sistem anti-radiasi yang rumit. Untuk mengurangi tingkat radiasi secara signifikan, lapisan isolasi termal sudah cukup, yang digunakan pada kendaraan yang menurunkan pesawat ruang angkasa untuk melindungi dari panas berlebih selama pengereman di atmosfer bumi.

Pita luar angkasa

Sebuah komik tentang bagaimana para ilmuwan akan menjelajahi Mars dalam perang melawan radiasi kosmik.

Laporan ini mengkaji beberapa kemungkinan penelitian masa depan untuk melindungi astronot dari radiasi, termasuk terapi obat, rekayasa genetika, dan teknologi hibernasi. Para penulis juga mencatat bahwa radiasi dan penuaan membunuh tubuh dengan cara yang sama, dan menyarankan bahwa cara untuk memerangi salah satu hal tersebut mungkin juga merugikan yang lain. Artikel dengan moto pertarungan berjudul: Viva la radioresistance! ("Hidup Ketahanan Radiasi!") diterbitkan di majalah Oncotarget.

“Kebangkitan kembali eksplorasi ruang angkasa kemungkinan besar akan mengarah pada misi manusia pertama ke Mars dan luar angkasa. Namun untuk bertahan hidup dalam kondisi peningkatan radiasi kosmik, manusia harus lebih tahan terhadap faktor eksternal. Dalam artikel ini, kami mengusulkan metodologi untuk mencapai peningkatan radioresistensi, ketahanan terhadap stres, dan ketahanan terhadap penuaan. Saat menyusun strategi ini, kami mengumpulkan ilmuwan terkemuka dari Rusia, serta dari NASA, Badan Antariksa Eropa, Pusat Radiasi Kanada, dan lebih dari 25 pusat lainnya di seluruh dunia. Teknologi radioresistensi juga akan berguna di Bumi, terutama jika “efek sampingnya” adalah umur panjang yang sehat,” komentar Alexander Zhavoronkov, profesor di MIPT.

. " alt="Kami akan memastikan bahwa radiasi tidak menghalangi umat manusia untuk menaklukkan ruang angkasa dan menjajah Mars. Terima kasih kepada para ilmuwan, kami akan terbang ke Planet Merah dan mengadakan disko serta barbekyu di sana . " src="/sites/default/files/images_custom/2018/03/mars7.png">!}

Kami akan memastikan bahwa radiasi tidak menghalangi umat manusia untuk menaklukkan ruang angkasa dan menjajah Mars. Terima kasih kepada para ilmuwan, kita akan terbang ke Planet Merah dan mengadakan disko serta barbekyu di sana .

Ruang versus manusia

“Dalam skala kosmik, planet kita hanyalah sebuah kapal kecil, terlindungi dengan baik dari radiasi kosmik. Medan magnet bumi membelokkan partikel bermuatan matahari dan galaksi, sehingga mengurangi tingkat radiasi di permukaan planet secara signifikan. Selama penerbangan luar angkasa jarak jauh dan kolonisasi planet dengan medan magnet yang sangat lemah (misalnya Mars), tidak akan ada perlindungan seperti itu, dan astronot serta penjajah akan terus-menerus terkena aliran partikel bermuatan dengan energi yang sangat besar. Faktanya, masa depan kosmik umat manusia bergantung pada bagaimana kita mengatasi masalah ini,” kata Andreyan Osipov, kepala departemen radiobiologi eksperimental dan kedokteran radiasi di Pusat Biofisika Medis Federal yang dinamai A. I. Burnazyan, profesor di Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia. pegawai Laboratorium Pengembangan Obat Inovatif MIPT.

Manusia tidak berdaya melawan bahaya luar angkasa: radiasi matahari, sinar kosmik galaksi, medan magnet, lingkungan radioaktif Mars, sabuk radiasi bumi, gayaberat mikro (tanpa bobot).

Kemanusiaan telah secara serius mengincar kolonisasi Mars - SpaceX berjanji untuk mengirimkan manusia ke Planet Merah pada awal tahun 2024, tetapi beberapa masalah signifikan masih belum terselesaikan. Jadi, salah satu bahaya kesehatan utama bagi astronot adalah radiasi kosmik. Radiasi pengion merusak molekul biologis, khususnya DNA, yang menyebabkan berbagai gangguan: sistem saraf, dari sistem kardiovaskular dan, terutama, kanker. Para ilmuwan mengusulkan untuk bergabung dan, dengan menggunakan kemajuan terbaru dalam bioteknologi, meningkatkan resistensi radio manusia sehingga ia dapat menaklukkan luasnya ruang angkasa dan menjajah planet lain.

Pertahanan manusia

Tubuh memiliki cara untuk melindungi dirinya dari kerusakan DNA dan memperbaikinya. DNA kita terus-menerus terkena radiasi alami, serta spesies oksigen reaktif (ROS), yang terbentuk selama respirasi sel normal. Namun ketika DNA diperbaiki, terutama jika terjadi kerusakan parah, kesalahan dapat terjadi. Akumulasi kerusakan DNA dianggap sebagai salah satu penyebab utama penuaan, sehingga radiasi dan penuaan merupakan musuh serupa bagi umat manusia. Namun, sel dapat beradaptasi terhadap radiasi. Telah terbukti bahwa dosis radiasi yang kecil tidak hanya tidak membahayakan, tetapi juga mempersiapkan sel untuk menghadapi dosis yang lebih tinggi. Sekarang standar internasional proteksi radiasi tidak memperhitungkan hal ini. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa ada ambang batas radiasi tertentu, di bawahnya berlaku prinsip “latihan keras, mudah dalam pertempuran”. Penulis artikel ini percaya bahwa mekanisme adaptasi radio perlu dipelajari agar dapat digunakan.

Cara meningkatkan radioresistensi: 1) terapi gen, rekayasa genetika multipleks, evolusi eksperimental; 2) biobanking, teknologi regeneratif, rekayasa jaringan dan organ, pembaharuan sel yang diinduksi, terapi sel; 3) radioprotektor, geroprotektor, antioksidan; 4) hibernasi; 5) komponen organik deuterasi; 6) seleksi medis terhadap orang-orang yang resisten terhadap radiasi.

Kepala Laboratorium Genetika Rentang Hidup dan Penuaan di MIPT, Anggota Koresponden dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Doktor Ilmu Biologi Alexei Moskalev menjelaskan: “Studi jangka panjang kami tentang efek radiasi pengion dosis rendah terhadap harapan hidup hewan model telah menunjukkan bahwa efek kerusakan kecil dapat menstimulasi sistem pertahanan sel dan tubuh sendiri (perbaikan DNA, protein kejutan panas, penghilangan sel yang tidak dapat hidup, kekebalan bawaan). Namun, di luar angkasa, manusia akan menghadapi dosis radiasi yang lebih besar dan berbahaya. Kami telah mengumpulkan database geroprotektor dalam jumlah besar. Pengetahuan yang diperoleh menunjukkan bahwa banyak dari mereka berfungsi melalui mekanisme pengaktifan kemampuan cadangan dan peningkatan ketahanan terhadap stres. Kemungkinan besar stimulasi seperti itu akan membantu penjajah luar angkasa di masa depan.”

Teknik Astronot

Selain itu, radioresistensi berbeda-beda pada setiap orang: ada yang lebih tahan terhadap radiasi, ada pula yang lebih tahan terhadap radiasi. Seleksi medis terhadap individu yang resisten terhadap radiasi melibatkan pengambilan sampel sel dari kandidat potensial dan menganalisis secara komprehensif radioadaptivitas sel-sel ini. Mereka yang paling tahan terhadap radiasi akan terbang ke luar angkasa. Selain itu, dimungkinkan untuk melakukan studi genom pada orang-orang yang tinggal di daerah dengan level tinggi radiasi latar belakang atau mereka yang terpapar karena profesi. Perbedaan genom orang yang kurang rentan terhadap kanker dan penyakit terkait radiasi lainnya di masa depan dapat diisolasi dan “dicangkokkan” ke astronot menggunakan metode rekayasa genetika modern seperti pengeditan genom.

Ada beberapa pilihan gen mana yang perlu diperkenalkan untuk meningkatkan radioresistensi. Pertama, gen antioksidan akan membantu melindungi sel dari spesies oksigen reaktif yang dihasilkan oleh radiasi. Beberapa kelompok eksperimen telah berhasil mencoba mengurangi sensitivitas terhadap radiasi menggunakan transgen tersebut. Namun cara ini tidak akan menyelamatkan Anda dari paparan radiasi secara langsung, hanya dari paparan tidak langsung.

Anda dapat memperkenalkan gen untuk protein yang bertanggung jawab untuk perbaikan DNA. Eksperimen serupa telah dilakukan - beberapa gen sangat membantu, dan beberapa menyebabkan peningkatan ketidakstabilan genom, sehingga bidang ini menunggu penelitian baru.

Metode yang lebih menjanjikan adalah penggunaan transgen radioprotektif. Banyak organisme (seperti tardigrades) memiliki tingkat radioresistensi yang tinggi, dan jika kita mengetahui gen dan mekanisme molekuler apa yang melatarbelakangi hal ini, mereka dapat diterjemahkan ke dalam manusia menggunakan terapi gen. Untuk membunuh 50% tardigrada, diperlukan dosis radiasi yang 1000 kali lebih besar daripada dosis radiasi yang mematikan bagi manusia. Baru-baru ini, ditemukan protein yang diyakini sebagai salah satu faktor daya tahan tersebut - yang disebut penekan kerusakan Dsup. Dalam percobaan dengan garis sel manusia, ditemukan bahwa pengenalan gen Dsup mengurangi kerusakan sebesar 40%. Hal ini menjadikan gen tersebut kandidat yang menjanjikan untuk melindungi manusia dari radiasi.

Kotak P3K Pejuang

Obat-obatan yang meningkatkan pertahanan tubuh terhadap radiasi disebut "radioprotektor". Sampai saat ini, hanya ada satu radioprotektor yang disetujui FDA. Namun jalur sinyal utama dalam sel yang terlibat dalam proses patologi pikun juga terlibat dalam respons terhadap radiasi. Berdasarkan hal tersebut, geroprotektor – obat yang mengurangi laju penuaan dan memperpanjang usia harapan hidup – juga dapat berfungsi sebagai radioprotektor. Menurut database Geroprotectors.org dan DrugAge, terdapat lebih dari 400 geroprotektor potensial. Para penulis percaya bahwa akan berguna untuk meninjau obat yang ada untuk mengetahui sifat gero dan radioprotektif.

Karena radiasi pengion juga bekerja melalui spesies oksigen reaktif, peredam redoks, atau lebih sederhananya, antioksidan seperti glutathione, NAD dan prekursornya NMN, dapat membantu mengatasi radiasi. Yang terakhir ini tampaknya memainkan peran penting dalam respons terhadap kerusakan DNA dan oleh karena itu sangat menarik dalam hal perlindungan terhadap radiasi dan penuaan.

Hipernasi dalam hibernasi

Segera setelah peluncuran penerbangan luar angkasa pertama, perancang terkemuka program luar angkasa Soviet, Sergei Korolev, mulai mengembangkan proyek ambisius untuk penerbangan berawak ke Mars. Idenya adalah membuat kru berada dalam kondisi hibernasi selama perjalanan ruang angkasa yang panjang. Selama hibernasi, semua proses dalam tubuh melambat. Eksperimen dengan hewan menunjukkan bahwa dalam keadaan ini, resistensi terhadap faktor ekstrem meningkat: suhu yang lebih rendah, dosis radiasi yang mematikan, beban berlebih, dan sebagainya. Di Uni Soviet, proyek Mars ditutup setelah kematian Sergei Korolev. Dan saat ini Eropa badan antariksa sedang mengerjakan proyek Aurora untuk penerbangan ke Mars dan Bulan, yang mempertimbangkan opsi untuk menghibernasi astronot. ESA percaya bahwa hibernasi akan memberikan keamanan yang lebih baik selama penerbangan otomatis jangka panjang. Jika kita berbicara tentang kolonisasi ruang angkasa di masa depan, maka lebih mudah untuk mengangkut dan melindungi kumpulan sel germinal yang telah dikriopreservasi dari radiasi, daripada populasi orang yang “siap”. Namun hal ini jelas tidak akan terjadi dalam waktu dekat, dan mungkin pada saat itu metode proteksi radio sudah cukup berkembang sehingga masyarakat tidak takut dengan luar angkasa.

Artileri berat

Semua senyawa organik mengandung ikatan karbon-hidrogen (C-H). Namun, dimungkinkan untuk mensintesis senyawa yang mengandung deuterium sebagai pengganti hidrogen, analog hidrogen yang lebih berat. Karena massanya yang lebih besar, ikatan dengan deuterium lebih sulit diputus. Namun, tubuh dirancang untuk bekerja dengan hidrogen, jadi jika terlalu banyak hidrogen diganti dengan deuterium, hal ini dapat menimbulkan konsekuensi yang buruk. Telah terbukti pada berbagai organisme bahwa penambahan air deuterasi meningkatkan umur dan memiliki efek anti kanker, namun lebih dari 20% air deuterasi dalam makanan mulai memiliki efek toksik. Penulis artikel tersebut percaya bahwa uji praklinis harus dilakukan dan ambang batas keamanan harus dicari.

Alternatif yang menarik adalah mengganti bukan hidrogen, tetapi karbon dengan bahan yang lebih berat. 13 C hanya 8% lebih berat dari 12 C, sedangkan deuterium 100% lebih berat dari hidrogen - perubahan seperti itu tidak terlalu penting bagi tubuh. Namun, metode ini tidak akan melindungi kesenjangan N-H Dan komunikasi O-H, yang menyatukan basis DNA. Apalagi produksi 13 C saat ini sangat mahal. Namun, jika biaya produksi dapat dikurangi, penggantian karbon dapat memberikan perlindungan tambahan bagi manusia dari radiasi kosmik.

“Masalah keselamatan radiasi peserta misi luar angkasa termasuk dalam kelas masalah yang sangat kompleks yang tidak dapat diselesaikan dalam kerangka satu pusat ilmiah atau bahkan seluruh negara. Karena alasan inilah kami memutuskan untuk mempertemukan para spesialis dari pusat-pusat terkemuka di Rusia dan seluruh dunia untuk mempelajari dan mengkonsolidasikan visi mereka tentang cara-cara memecahkan masalah ini. Secara khusus, di antara penulis artikel Rusia ada ilmuwan dari FMBC yang dinamai demikian. A.I. Burnazyan, Institut Masalah Biomedis dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, MIPT dan institusi terkenal dunia lainnya. Selama pengerjaan proyek, banyak peserta bertemu satu sama lain untuk pertama kalinya dan sekarang berencana untuk melanjutkan penelitian bersama yang telah mereka mulai,” simpul koordinator proyek Ivan Ozerov, ahli radiobiologi, ketua kelompok analisis jalur sinyal seluler. di startup Skolkovo, Insilico.

Desainer Elena Khavina, layanan pers MIPT

Membagikan: