Niveaux de rayonnement dans l'espace. À propos des rayonnements comme principal « obstacle » à l’exploration spatiale

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 vers 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 : du système nerveux, du système cardiovasculaire et, principalement, des cancers. 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. Actuellement, les normes internationales de radioprotection n’en tiennent 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. En outre, il est possible de mener des études pangénomiques sur des personnes vivant dans des zones présentant des niveaux élevés de rayonnement de fond ou qui y sont exposées dans le cadre de leur 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. Plusieurs 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'Agence spatiale européenne travaille sur le projet Aurora pour des 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 des conséquences néfastes. 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 la rupture des liaisons N-H et O-H qui maintiennent les bases de l’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 d'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

Près de la Terre, son champ magnétique continue de la protéger, même s'il est affaibli et sans l'aide d'une atmosphère multikilométrique. Lorsqu'ils volent près des pôles, là où le champ est petit, les astronautes sont assis dans une pièce spécialement protégée. Mais il n’existe pas de solution technique satisfaisante pour la radioprotection lors d’un vol vers Mars.

J'ai décidé d'ajouter à la réponse originale pour deux raisons :

1. à un endroit, il contient une déclaration incorrecte et ne contient pas de déclaration correcte
2. juste pour être complet (citations)

1. Dans les commentaires, Suzanna a critiqué La réponse est en grande partie vraie.

Le champ s'affaiblit au-dessus des pôles magnétiques terrestres, comme je l'ai dit. Oui, Suzanna a raison, c'est particulièrement grand aux PÔLES (imaginez les lignes de force : elles se rassemblent précisément aux pôles). Mais à haute altitude AU-DESSUS DES PÔLES, il est plus faible qu'ailleurs - pour la même raison (imaginez les mêmes lignes de force : elles sont descendues - vers les pôles, et au sommet il n'en reste presque plus). Le domaine semble s'apaiser.

Mais Suzanne a raison Les cosmonautes de l'EMERCOM ne s'abritent pas dans une pièce spéciale en raison des régions polaires: ma mémoire m'a fait défaut.

Mais reste il y a un endroit où des mesures spéciales sont prises(Je l'ai confondu avec les régions polaires). Ce - sur une anomalie magnétique dans l'Atlantique Sud. Là, le champ magnétique « s'affaisse » tellement que la ceinture de radiations et il faut prendre des mesures particulières sans éruption solaire. Je n’ai pas pu trouver rapidement une citation sur les mesures spéciales non liées à l’activité solaire, mais j’en ai lu quelque part.

Et bien sûr, Les flashs eux-mêmes méritent d'être mentionnés: Ils se réfugient également contre eux dans la pièce la plus protégée, et ne déambulent pas dans toute la gare à ce moment-là.

Toutes les éruptions solaires sont soigneusement surveillées et les informations les concernant sont envoyées au centre de contrôle. Durant ces périodes, les cosmonautes arrêtent de travailler et se réfugient dans les compartiments les plus protégés de la station. Ces segments protégés sont les compartiments de l'ISS à côté des réservoirs d'eau. L'eau retient les particules secondaires - les neutrons, et la dose de rayonnement est absorbée plus efficacement.

2. Juste des devis et des informations complémentaires

Certaines citations ci-dessous mentionnent la dose en Sieverts (Sv). À titre indicatif, quelques chiffres et effets probables du tableau ci-dessous.

0-0,25 SV. Aucun effet autre que de légers changements dans le sang

0,25-1 SV. Maladies radiologiques chez 5 à 10 % des personnes exposées

7 Sv ~100 % de décès

La dose quotidienne sur l'ISS est d'environ 1 mSv (voir ci-dessous). Moyens, vous pouvez voler environ 200 jours sans trop de risques. Il est également important de savoir sur quelle période la même dose est prise : une prise sur une courte période est bien plus dangereuse qu'une prise sur une longue période. Un organisme n’est pas un objet passif qui « accumule » simplement des défauts de rayonnement : il dispose également de mécanismes de « réparation » et ceux-ci font généralement face à de petites doses progressivement accumulées.

En l’absence de la couche atmosphérique massive qui entoure les habitants de la Terre, les astronautes de l’ISS sont exposés à un rayonnement plus intense provenant de flux constants de rayons cosmiques. Les membres de l'équipage reçoivent une dose de rayonnement d'environ 1 millisievert par jour, ce qui équivaut à peu près à l'exposition aux rayonnements d'une personne sur Terre en un an. Cela entraîne un risque accru de développer des tumeurs malignes chez les astronautes, ainsi qu'un système immunitaire affaibli.

Comme le montrent les données collectées par la NASA et des spécialistes russes et autrichiens, les astronautes de l'ISS reçoivent une dose quotidienne de 1 millisievert. Sur Terre, une telle dose de rayonnement ne peut pas être obtenue partout pendant une année entière.

Ce niveau reste cependant relativement tolérable. Cependant, il ne faut pas oublier que les stations spatiales géocroiseurs sont protégées par le champ magnétique terrestre.

Au-delà de ses frontières, les rayonnements augmenteront plusieurs fois et les expéditions dans l'espace lointain seront donc impossibles.

Les rayonnements dans les bâtiments résidentiels et les laboratoires de l'ISS et de Mir sont apparus à la suite du bombardement du revêtement en aluminium de la station par des rayons cosmiques. Des ions rapides et lourds ont éliminé une bonne quantité de neutrons du boîtier.

Il est actuellement impossible d’assurer une radioprotection à 100 % sur les engins spatiaux. Plus précisément, c'est possible, mais au prix d'une augmentation de masse plus que significative, mais c'est justement ce qui est inacceptable

Outre notre atmosphère, le champ magnétique terrestre constitue une protection contre les radiations. La première ceinture de radiations de la Terre est située à une altitude d'environ 600 à 700 km. La station vole désormais à une altitude d'environ 400 km, ce qui est nettement inférieur... La protection contre les radiations dans l'espace est (aussi - ndlr) la coque d'un navire ou d'une station. Plus les parois du boîtier sont épaisses, plus la protection est grande. Bien entendu, les murs ne peuvent pas avoir une épaisseur infinie, car il existe des restrictions de poids.

Le niveau ionisant, le niveau de rayonnement de fond sur la Station spatiale internationale est plus élevé que sur Terre (environ 200 fois – ndlr), ce qui rend un astronaute plus sensible aux rayonnements ionisants que les représentants d'industries traditionnellement radioactives, comme l'énergie nucléaire. et diagnostics aux rayons X.

En plus des dosimètres individuels pour les astronautes, la station dispose également d'un système de surveillance des radiations. ... Un capteur est situé dans les cabines de l'équipage et un capteur dans les compartiments de travail de petit et grand diamètre. Le système fonctionne de manière autonome 24h/24. ... Ainsi, la Terre dispose d'informations sur la situation actuelle des radiations à la station. Le système de surveillance des rayonnements est capable d'émettre un signal d'avertissement « Vérifiez les rayonnements ! » Si cela s'était produit, nous aurions vu sur la console du système d'alarme une bannière s'allumer avec un signal sonore qui l'accompagnait. Durant toute l'existence de la station spatiale internationale, de tels cas ne se sont pas produits.

Dans... la région de l'Atlantique Sud... les ceintures de radiations « s'affaissent » au-dessus de la Terre en raison de l'existence d'une anomalie magnétique profondément sous la Terre. Les vaisseaux spatiaux volant au-dessus de la Terre semblent « heurter » les ceintures de radiations pendant un temps très court... sur des orbites passant par la région de l'anomalie. Sur d'autres orbites, il n'y a pas de flux de rayonnement et ne pose aucun problème aux participants aux expéditions spatiales.

L’anomalie magnétique dans la région de l’Atlantique Sud n’est pas le seul « fléau » radiologique pour les astronautes. Les éruptions solaires, générant parfois des particules très énergétiques..., peuvent créer de grandes difficultés pour les vols des astronautes. La dose de rayonnement qu’un astronaute peut recevoir en cas d’arrivée de particules solaires sur Terre est en grande partie une question de hasard. Cette valeur est déterminée principalement par deux facteurs : le degré de distorsion du champ magnétique dipolaire terrestre lors d'orages magnétiques et les paramètres de l'orbite de l'engin spatial lors d'un événement solaire. ... L'équipage pourrait avoir de la chance si les orbites au moment de l'invasion du SCR ne traversaient pas des zones dangereuses de haute latitude.

L'une des éruptions de protons les plus puissantes - une tempête de rayonnement d'éruptions solaires, qui a provoqué une tempête de rayonnement près de la Terre, s'est produite assez récemment - le 20 janvier 2005. Une éruption solaire de puissance similaire s'est produite il y a 16 ans, en octobre 1989. De nombreux des protons d'une énergie dépassant des centaines de MeV , ont atteint la magnétosphère terrestre. À propos, ces protons sont capables de surmonter une protection équivalente à environ 11 centimètres d'eau. La combinaison spatiale de l'astronaute est plus fine. Les biologistes pensent que si à ce moment-là les astronautes se trouvaient à l'extérieur de la Station spatiale internationale, les effets des radiations affecteraient bien sûr la santé des astronautes. Mais ils étaient en elle. Le blindage de l'ISS est suffisamment important pour protéger l'équipage des effets néfastes des radiations dans de nombreux cas. Ce fut le cas lors de cet événement. Comme l'ont montré les mesures effectuées à l'aide de dosimètres de rayonnement, la dose de rayonnement « captée » par les astronautes n'a pas dépassé la dose qu'une personne reçoit lors d'un examen radiographique régulier. Les cosmonautes de l'ISS ont reçu 0,01 Gy ou ~ 0,01 Sievert... Certes, des doses aussi faibles sont également dues au fait que, comme cela a été écrit précédemment, la station se trouvait sur des orbites « magnétiquement protégées », ce qui n'est pas toujours le cas.

Neil Armstrong (le premier astronaute à avoir marché sur la Lune) a rapporté à la Terre ses sensations inhabituelles pendant le vol : il observait parfois des éclairs lumineux dans ses yeux. Parfois, leur fréquence atteignait une centaine par jour... Les scientifiques... sont arrivés à la conclusion que les rayons cosmiques galactiques en sont responsables. Ce sont ces particules à haute énergie qui pénètrent dans le globe oculaire et provoquent la lueur Tchérenkov lorsqu'elles interagissent avec la substance qui constitue l'œil. En conséquence, l’astronaute voit un flash lumineux. L'interaction la plus efficace avec la matière n'est pas celle des protons, dont les rayons cosmiques contiennent plus que toutes les autres particules, mais des particules lourdes - carbone, oxygène, fer. Ces particules, ayant une masse importante, perdent beaucoup plus d’énergie par unité de trajet parcouru que leurs homologues plus légères. Ils sont responsables de la génération de la lueur Tchérenkov et de la stimulation de la rétine, la membrane sensible de l'œil.

Lors des vols spatiaux longue distance, le rôle des rayons cosmiques galactiques et solaires en tant que facteurs de risque de rayonnement augmente. On estime que lors d'un vol vers Mars, ce sont les GCR qui constituent le principal risque radiologique. Le vol vers Mars dure environ 6 mois, et la dose de rayonnement intégrale - totale - du GCR et du SCR pendant cette période est plusieurs fois supérieure à la dose de rayonnement sur l'ISS pendant la même période. Par conséquent, le risque de conséquences radiologiques associées aux missions spatiales longue distance augmente considérablement. Ainsi, sur un an de vol vers Mars, la dose absorbée associée au GCR sera de 0,2-0,3 Sv (sans protection). Elle peut être comparée à la dose provenant de l'une des éruptions les plus puissantes du siècle dernier - août 1972. Au cours de cet événement, elle était plusieurs fois inférieure : ~0,05 Sv.

Le risque de rayonnement créé par le GCR peut être évalué et prédit. Une richesse de matériaux a maintenant été accumulée sur les variations temporelles du GCR associées au cycle solaire. Cela a permis de créer un modèle sur la base duquel il est possible de prédire le flux GCR pour n'importe quelle période de temps spécifiée à l'avance.

La situation avec SCL est beaucoup plus compliquée. Les éruptions solaires se produisent de manière aléatoire et il n’est même pas évident que de puissants événements solaires se produisent dans des années nécessairement proches de l’activité maximale. Au moins, l’expérience de ces dernières années montre qu’ils se produisent également en période d’accalmie.

Les protons issus des éruptions solaires constituent une menace réelle pour les équipages spatiaux effectuant des missions longue distance. En reprenant l'exemple de l'éruption d'août 1972, on peut montrer, en recalculant les flux de protons solaires dans la dose de rayonnement, que 10 heures après le début de l'événement, celle-ci dépassait la valeur létale pour l'équipage de l'engin spatial s'il étaient à l'extérieur du navire sur Mars ou, disons, sur la Lune.

Il convient ici de rappeler les vols américains Apollo vers la Lune à la fin des années 60 et au début des années 70. En août 1972, il y a eu une éruption solaire de même puissance qu'en octobre 1989. Apollo 16 a atterri après son voyage lunaire en avril 1972, et le suivant, Apollo 17, a été lancé en décembre. L'équipage chanceux d'Apollo 16 ? Absolument oui. Les calculs montrent que si les astronautes d'Apollo avaient été sur la Lune en août 1972, ils auraient été exposés à une dose de rayonnement d'environ 4 Sv. C'est beaucoup à économiser. À moins que... à moins qu'il ne retourne rapidement sur Terre pour un traitement d'urgence. Une autre option consiste à se rendre dans la cabine du module lunaire Apollo. Ici, la dose de rayonnement serait réduite de 10 fois. A titre de comparaison, disons que la protection de l'ISS est 3 fois plus épaisse que celle du module lunaire Apollo.

Aux altitudes des stations orbitales (~400 km), les doses de rayonnement dépassent d'environ 200 fois les valeurs observées à la surface de la Terre ! Principalement dû aux particules provenant des ceintures de radiations.

On sait que certaines routes d'avions intercontinentaux passent à proximité de la région polaire nord. Cette zone est la moins protégée de l'invasion de particules énergétiques et donc lors des éruptions solaires, le danger d'exposition aux radiations pour l'équipage et les passagers augmente. Les éruptions solaires augmentent de 20 à 30 fois les doses de rayonnement aux altitudes de vol des avions.

Récemment, certains équipages de compagnies aériennes ont été informés que des incursions de particules solaires avaient commencé. L'une des récentes et puissantes éruptions solaires, survenue en novembre 2003, a contraint l'équipage de Delta du vol Chicago-Hong Kong à quitter la trajectoire : voler vers sa destination sur une route à basse latitude.

La Terre est protégée du rayonnement cosmique par l'atmosphère et le champ magnétique. En orbite, le rayonnement de fond est des centaines de fois supérieur à celui à la surface de la Terre. Chaque jour, un astronaute reçoit une dose de rayonnement de 0,3 à 0,8 millisieverts, soit environ cinq fois plus qu'une radiographie pulmonaire. Lorsque l’on travaille dans l’espace, l’exposition aux rayonnements est encore plus élevée. Et pendant les moments de puissantes éruptions solaires, vous pouvez atteindre la norme de 50 jours en une journée à la station. Dieu vous interdit de travailler par-dessus bord à un tel moment - en une seule sortie, vous pouvez choisir la dose autorisée pour toute votre carrière, qui est de 1 000 millisieverts. Dans des conditions normales, cela aurait duré quatre ans – personne n’a volé aussi longtemps auparavant. De plus, les dommages pour la santé résultant d’une telle exposition unique seront bien plus importants que ceux d’une exposition prolongée sur plusieurs années.

Pourtant, les orbites terrestres basses restent relativement sûres. Le champ magnétique terrestre piège les particules chargées du vent solaire, formant des ceintures de rayonnement. Ils ont la forme d'un large beignet, entourant la Terre à l'équateur, à une altitude de 1 000 à 50 000 kilomètres. La densité maximale de particules est atteinte à des altitudes d'environ 4 000 et 16 000 kilomètres. Tout retard prolongé d'un navire dans les ceintures de radiations constitue une menace sérieuse pour la vie de l'équipage. En les traversant sur le chemin de la Lune, les astronautes américains risquaient de recevoir une dose de 10 à 20 millisieverts en quelques heures, soit la même chose qu'en un mois de travail en orbite.

Lors des vols interplanétaires, la question de la radioprotection des équipages est encore plus aiguë. La Terre filtre la moitié des rayons cosmiques durs et sa magnétosphère bloque presque complètement le flux du vent solaire. Dans l’espace, sans mesures de protection supplémentaires, l’exposition aux radiations augmentera d’un ordre de grandeur. L'idée de dévier les particules cosmiques avec des champs magnétiques puissants est parfois évoquée, mais en pratique, rien d'autre qu'un blindage n'a encore été mis au point. Les particules de rayonnement cosmique sont bien absorbées par le carburant des fusées, ce qui suggère d'utiliser des réservoirs pleins comme protection contre les rayonnements dangereux.

Le champ magnétique aux pôles n’est pas petit, mais au contraire grand. Il y est simplement dirigé presque radialement vers la Terre, ce qui conduit au fait que les particules du vent solaire capturées par les champs magnétiques dans les ceintures de rayonnement, dans certaines conditions, se déplacent (précipitent) vers la Terre au niveau des pôles, provoquant des aurores. Cela ne présente aucun danger pour les astronautes puisque la trajectoire de l'ISS se rapproche de la zone équatoriale. Le danger est constitué par de fortes éruptions solaires de classe M et X avec des éjections coronales de matière (principalement des protons) dirigées vers la Terre. C'est dans ce cas que les astronautes utilisent des mesures supplémentaires de radioprotection.

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CITATION : "... L'interaction la plus efficace avec la matière n'est pas celle des protons, dont les rayons cosmiques contiennent plus que toutes les autres particules, mais des particules lourdes - carbone, oxygène, fer...."

S'il vous plaît, expliquez aux ignorants - d'où viennent les particules de carbone, d'oxygène, de fer dans le vent solaire (les rayons cosmiques, comme vous l'écrivez) et comment peuvent-elles pénétrer dans la substance dont l'œil est fait - à travers une combinaison spatiale ?

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2 autres commentaires

Laisse-moi expliquer... La lumière du soleil est constituée de photons(y compris les rayons gamma et les rayons X, qui sont des rayonnements pénétrants).

Y en a-t-il d'autres vent ensoleillé. Particules. Par exemple, des électrons, des ions, des noyaux atomiques volant depuis et vers le Soleil. Il y a là peu de noyaux lourds (plus lourds que l’hélium), car il y en a peu dans le Soleil lui-même. Mais il existe de nombreuses particules alpha (noyaux d’hélium). Et, en principe, n'importe quel noyau plus léger qu'un noyau en fer peut arriver (la seule question est le nombre de ceux qui arrivent). La synthèse du fer sur le Soleil (surtout à l'extérieur) ne va pas plus loin que le fer. Par conséquent, seuls le fer et quelque chose de plus léger (le même carbone, par exemple) peuvent provenir du Soleil.

Rayons cosmiques au sens étroit- Ce particules chargées particulièrement à grande vitesse(et ceux non chargés aussi), arrivant de l'extérieur du système solaire (pour la plupart). Et aussi - un rayonnement pénétrant à partir de là(parfois il est considéré séparément, sans être inclus parmi les « rayons »).

Entre autres particules, les rayons cosmiques contenir les noyaux de tous les atomes(en différentes quantités, bien sûr). De toute façon les noyaux lourds, une fois dans une substance, ionisent tout sur leur passage(et aussi - à part : il y a une ionisation secondaire - déjà par ce qui est assommé en cours de route). Et s'ils ont une vitesse (et une énergie cinétique) élevées, alors les noyaux seront engagés dans cette activité (vol à travers la matière et son ionisation) pendant longtemps et ne s'arrêteront pas de sitôt. Respectivement, survolera tout et ne s'écartera pas du chemin- jusqu'à ce qu'ils dépensent presque toute l'énergie cinétique. Même s'ils heurtent directement un autre boulet de canon (et cela arrive rarement), ils peuvent simplement le jeter de côté, presque sans changer la direction de leur mouvement. Ou pas sur le côté, mais volera plus loin dans plus ou moins une direction.

Imaginez une voiture qui en percute une autre à pleine vitesse. Va-t-il s'arrêter ? Et imaginez que sa vitesse est de plusieurs milliers de kilomètres par heure (encore mieux - par seconde !), et que sa force lui permet de résister à n'importe quel coup. C'est le noyau de l'espace.

Les rayons cosmiques au sens large- ce sont les rayons cosmiques au sens étroit, plus le vent solaire et le rayonnement pénétrant du Soleil. (Enfin, ou sans rayonnement pénétrant, si cela est considéré séparément).

Le vent solaire est un flux de particules ionisées (principalement un plasma d'hélium-hydrogène) s'écoulant de la couronne solaire à une vitesse de 300 à 1 200 km/s dans l'espace environnant. C'est l'un des principaux composants du milieu interplanétaire.

De nombreux phénomènes naturels sont associés au vent solaire, notamment les phénomènes météorologiques spatiaux tels que les tempêtes magnétiques et les aurores boréales.

Les concepts de « vent solaire » (un flux de particules ionisées qui se déplacent du Soleil à la Terre en 2-3 jours) et de « lumière solaire » (un flux de photons qui se déplace du Soleil à la Terre en 8 minutes en moyenne) 17 secondes) ne doit pas être confondu.

À cause du vent solaire, le Soleil perd environ un million de tonnes de matière chaque seconde. Le vent solaire est principalement constitué d’électrons, de protons et de noyaux d’hélium (particules alpha) ; les noyaux d'autres éléments et particules non ionisées (électriquement neutres) sont contenus en très petites quantités.

Bien que le vent solaire provienne de la couche externe du Soleil, il ne reflète pas la composition des éléments de cette couche, car à la suite de processus de différenciation, l'abondance de certains éléments augmente et d'autres diminue (effet FIP).

Les rayons cosmiques sont des particules élémentaires et des noyaux atomiques se déplaçant à haute énergie dans l'espace[

Classification selon l'origine des rayons cosmiques :

• en dehors de notre Galaxie
• dans la Galaxie
• dans le soleil
• dans l'espace interplanétaire

Les rayons extragalactiques et galactiques sont généralement appelés primaires. Les flux secondaires de particules passant et se transformant dans l’atmosphère terrestre sont généralement appelés secondaires.

Les rayons cosmiques sont une composante du rayonnement naturel (rayonnement de fond) à la surface de la Terre et dans l'atmosphère.

Le spectre énergétique des rayons cosmiques comprend 43 % de l'énergie des protons, 23 % supplémentaires de l'énergie de l'hélium (particules alpha) et 34 % de l'énergie transférée par d'autres particules.

En nombre de particules, les rayons cosmiques sont constitués de 92 % de protons, 6 % de noyaux d'hélium, environ 1 % d'éléments plus lourds et environ 1 % d'électrons.

Traditionnellement, les particules observées dans les rayons cosmiques sont divisées dans les groupes suivants... respectivement, protons, particules alpha, légères, moyennes, lourdes et super-lourdes... Une caractéristique de la composition chimique du rayonnement cosmique primaire est anormalement élevée (plusieurs milliers fois) la teneur en noyaux du groupe L (lithium, béryllium, bore) par rapport à la composition des étoiles et du gaz interstellaire. Ce phénomène s'explique par le fait que le mécanisme de génération de particules cosmiques accélère principalement les noyaux lourds qui, lorsqu'ils interagissent avec les protons du milieu interstellaire, se désintègrent en noyaux plus légers.

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Commentaire

Alors cette série d'articles est pour vous... Nous parlerons des sources naturelles de rayonnements ionisants, de l'utilisation des rayonnements en médecine et d'autres choses intéressantes.

Les sources de rayonnements ionisants sont classiquement divisées en deux groupes : naturelles et artificielles. Les sources naturelles ont toujours existé, mais les sources artificielles ont été créées par la civilisation humaine au XIXe siècle. Ceci est facile à expliquer en utilisant l’exemple de deux scientifiques éminents associés à la découverte des rayonnements. Antoine Henri Becquerel a découvert les rayonnements ionisants de l'uranium (une source naturelle) et Wilhelm Conrad Roentgen a découvert les rayonnements ionisants lorsque des électrons étaient décélérés, qui étaient accélérés dans un appareil spécialement créé (un tube à rayons X comme source artificielle). Analysons en pourcentage et en équivalent numérique quelles doses de rayonnement (une caractéristique quantitative de l'impact des rayonnements ionisants sur le corps humain) qu'un citoyen ukrainien ordinaire reçoit au cours de l'année provenant de diverses sources artificielles et naturelles (Fig. 1).

Riz. 1. Structure et valeurs moyennes pondérées de la dose efficace de rayonnement de la population ukrainienne par an

Comme vous pouvez le constater, nous recevons la majeure partie du rayonnement provenant de sources naturelles de rayonnement. Mais ces sources naturelles sont-elles restées les mêmes qu’elles l’étaient aux premiers stades de la civilisation ? Si tel est le cas, il n’y a pas lieu de s’inquiéter, car nous nous sommes adaptés depuis longtemps à de tels rayonnements. Mais malheureusement, ce n’est pas le cas. L'activité humaine conduit au fait que les sources radioactives naturelles se concentrent et augmentent la possibilité de leur influence sur l'homme.

L’espace est l’un des endroits où la possibilité que les rayonnements affectent les humains augmente. L'intensité de l'exposition aux radiations dépend de l'altitude au-dessus du niveau de la mer. Ainsi, les astronautes, les pilotes et les passagers des transports aériens, ainsi que la population vivant en montagne, reçoivent une dose supplémentaire de rayonnement. Essayons de découvrir à quel point cela est dangereux pour l'homme et quels secrets de « radiations » cache l'espace.

Rayonnements dans l’espace : quel danger pour les astronautes ?

Tout a commencé lorsque le physicien et astrophysicien américain James Alfred Van Allen a décidé d'attacher un compteur Geiger-Muller au premier satellite mis en orbite. Les indicateurs de cet appareil ont officiellement confirmé l'existence d'une ceinture de rayonnement intense autour du globe. Mais d’où vient-il dans l’espace ? On sait que la radioactivité existe dans l'espace depuis très longtemps, avant même l'apparition de la Terre. Ainsi, l'espace extra-atmosphérique était constamment rempli et est rempli de rayonnement. Après des recherches, les scientifiques sont arrivés à la conclusion que le rayonnement dans l'espace provient soit du soleil, lors d'éruptions cutanées, soit de rayons cosmiques résultant d'événements à haute énergie dans notre galaxie et dans d'autres.

Il a été constaté que les ceintures de radiations commencent à 800 km au-dessus de la surface de la Terre et s'étendent jusqu'à 24 000 km. Selon la classification de la Fédération Aéronautique Internationale, un vol est considéré comme spatial si son altitude dépasse 100 km. En conséquence, les astronautes sont les plus vulnérables à la réception d’une forte dose de rayonnement cosmique. Plus ils s'élèvent haut dans l'espace, plus ils sont proches des ceintures de rayonnement, plus le risque de recevoir des quantités importantes de rayonnement est grand.
Le directeur scientifique du programme de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis visant à étudier les effets des rayonnements sur les humains, Francis Cucinotta, a noté un jour que la conséquence la plus désagréable des rayonnements spatiaux lors des vols à long terme des astronautes est le développement de cataractes, qui c'est-à-dire une opacification du cristallin de l'œil. De plus, il existe un risque de cancer. Mais Cucinotta a également noté que les astronautes n'avaient pas subi de conséquences extrêmement graves après le vol. Il a seulement souligné que l'on ignore encore beaucoup de choses sur la façon dont le rayonnement cosmique affecte les astronautes et quelles sont les conséquences réelles de cet impact.

La question de la protection des astronautes contre les radiations dans l’espace a toujours été une priorité. Dans les années 60 du siècle dernier, les scientifiques haussaient les épaules et ne savaient pas comment protéger les astronautes des rayonnements cosmiques, surtout lorsqu'il était nécessaire d'aller dans l'espace. En 1966, un cosmonaute soviétique décide finalement d'aller dans l'espace, mais dans une combinaison de plomb très lourde. Par la suite, les progrès technologiques ont apporté des solutions au problème et des combinaisons plus légères et plus sûres ont été créées.

L’exploration de l’espace a toujours attiré les scientifiques, les chercheurs et les astronautes. Les secrets de nouvelles planètes peuvent être utiles au développement ultérieur de l’humanité sur la planète Terre, mais ils peuvent aussi être dangereux. C'est pourquoi la mission de Curiosity sur Mars était une grosse affaire. Mais ne nous éloignons pas de l’objectif principal de l’article et concentrons-nous sur les résultats de l’exposition aux radiations enregistrés par l’instrument correspondant à bord du rover. Cet appareil était situé à l'intérieur du vaisseau spatial, ses lectures indiquent donc la dose réelle qu'un astronaute peut déjà recevoir dans un vaisseau spatial habité. Les scientifiques qui ont traité les résultats des mesures ont rapporté des données décevantes : la dose de rayonnement équivalente était 4 fois supérieure au maximum autorisé pour les travailleurs des centrales nucléaires. En Ukraine, la limite de dose de rayonnement pour ceux qui travaillent de manière permanente ou temporaire directement avec des sources de rayonnements ionisants est de 20 mSv.

L’exploration des recoins les plus reculés de l’espace nécessite des missions qui ne peuvent techniquement pas être accomplies avec des sources d’énergie traditionnelles. Ce problème a été résolu grâce à l'utilisation de sources d'énergie nucléaire, notamment des batteries isotopiques et des réacteurs. Ces sources sont uniques en leur genre car elles ont un potentiel énergétique élevé, ce qui augmente considérablement les capacités des missions dans l'espace. Par exemple, des vols de sonde vers les limites extérieures du système solaire sont devenus possibles. Étant donné que la durée de ces vols est assez longue, les panneaux solaires ne conviennent pas comme source d'énergie pour les engins spatiaux.

Le revers de la médaille concerne les risques potentiels liés à l’utilisation de sources radioactives dans l’espace. Fondamentalement, il s'agit d'un danger de circonstances imprévues ou d'urgence. C’est pourquoi les États qui lancent des objets spatiaux équipés de sources d’énergie nucléaire s’efforcent de protéger les individus, les populations et la biosphère des risques radiologiques. Ces conditions ont été définies dans les principes relatifs à l'utilisation de sources d'énergie nucléaires dans l'espace et ont été adoptées en 1992 par une résolution de l'Assemblée générale des Nations Unies (ONU). Les mêmes principes stipulent également que tout État qui lance un objet spatial avec des sources d'énergie nucléaires à son bord doit informer rapidement les pays intéressés si un dysfonctionnement apparaît au niveau de l'objet spatial et s'il existe un risque de retour de matières radioactives sur Terre.

En outre, les Nations Unies, en collaboration avec l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA), ont élaboré un cadre pour garantir l'utilisation sûre des sources d'énergie nucléaire dans l'espace. Elles visent à compléter les normes de sécurité de l'AIEA par des orientations de haut niveau qui prennent en compte des mesures de sécurité supplémentaires pour l'utilisation de sources d'énergie nucléaire sur les actifs spatiaux pendant toutes les phases de la mission : lancement, exploitation et déclassement.

Dois-je avoir peur des radiations lorsque j’utilise le transport aérien ?

Les rayons cosmiques porteurs de rayonnements atteignent presque tous les coins de notre planète, mais la propagation des rayonnements n’est pas proportionnelle. Le champ magnétique terrestre éloigne une quantité importante de particules chargées de la zone équatoriale, concentrant ainsi davantage de rayonnement aux pôles Nord et Sud. De plus, comme nous l’avons déjà noté, l’irradiation cosmique dépend de l’altitude. Les personnes vivant au niveau de la mer reçoivent environ 0,003 mSv par an du rayonnement cosmique, tandis que celles vivant à un niveau de 2 km peuvent recevoir deux fois plus de rayonnement.

Comme on le sait, avec une vitesse de croisière pour les avions de ligne de 900 km/h, en tenant compte du rapport résistance de l'air et portance, l'altitude de vol optimale pour un avion est généralement d'environ 9 à 10 km. Ainsi, lorsqu’un avion de ligne s’élève à une telle hauteur, le niveau d’exposition aux radiations peut augmenter de près de 25 fois par rapport à ce qu’il était à la barre des 2 km.

Les passagers des vols transatlantiques sont exposés à la plus grande quantité de rayonnements par vol. Lors d'un vol des États-Unis vers l'Europe, une personne peut recevoir 0,05 mSv supplémentaire. Le fait est que l’atmosphère terrestre dispose d’une protection appropriée contre le rayonnement cosmique, mais lorsqu’un avion de ligne est élevé à l’altitude optimale mentionnée ci-dessus, cette protection disparaît partiellement, ce qui entraîne une exposition supplémentaire aux rayonnements. C'est pourquoi les vols fréquents à travers l'océan augmentent le risque que le corps reçoive une dose accrue de rayonnement. Par exemple, 4 vols de ce type pourraient coûter à une personne une dose de 0,4 mSv.

Si nous parlons de pilotes, la situation ici est quelque peu différente. Parce qu’ils traversent fréquemment l’Atlantique, la dose de rayonnement reçue par les pilotes de ligne peut dépasser 5 mSv par an. Selon les normes ukrainiennes, lorsqu'elles reçoivent une telle dose, les personnes sont déjà assimilées à une autre catégorie - les personnes qui ne sont pas directement impliquées dans le travail avec des sources de rayonnements ionisants, mais en raison de l'emplacement des lieux de travail dans des locaux et sur des sites industriels d'installations avec technologies radionucléaires, ils peuvent subir une exposition supplémentaire. Pour ces personnes, la limite de dose de rayonnement est fixée à 2 mSv par an.

L'Agence internationale de l'énergie atomique a manifesté un grand intérêt pour cette question. L'AIEA a élaboré un certain nombre de normes de sécurité, et le problème de l'exposition des équipages d'avions est également reflété dans l'un de ces documents. Selon les recommandations de l'Agence, l'autorité de régulation nationale ou toute autre autorité appropriée et compétente est chargée d'établir le niveau de dose de référence pour les équipages des aéronefs. Si cette dose est dépassée, les employeurs des équipages d'aéronefs doivent prendre les mesures appropriées pour évaluer les doses et les enregistrer. En outre, ils devraient informer les femmes membres d’équipage des avions des risques liés à l’exposition aux rayonnements cosmiques pour l’embryon ou le fœtus et de la nécessité d’une alerte précoce en cas de grossesse.

L’espace peut-il être considéré comme un lieu de stockage de déchets radioactifs ?

Nous avons déjà vu que le rayonnement cosmique, même s’il n’a pas de conséquences catastrophiques pour l’humanité, peut augmenter le niveau de rayonnement humain. Tout en évaluant l'impact des rayons cosmiques sur l'homme, de nombreux scientifiques étudient également la possibilité d'utiliser l'espace pour répondre aux besoins de l'humanité. Dans le contexte de cet article, l'idée d'enfouir les déchets radioactifs dans l'espace semble très ambiguë et intéressante.

Le fait est que les scientifiques des pays où l’énergie nucléaire est activement utilisée recherchent constamment des endroits où contenir en toute sécurité les déchets radioactifs, qui s’accumulent constamment. L’espace extra-atmosphérique a également été considéré par certains scientifiques comme un lieu potentiel de stockage de déchets dangereux. Par exemple, des spécialistes du Bureau national de conception de Yuzhnoye, situé à Dnepropetrovsk, étudient en collaboration avec l'Académie internationale d'astronautique les éléments techniques de la mise en œuvre de l'idée d'enfouir les déchets dans l'espace lointain.

D’une part, envoyer de tels déchets dans l’espace est très pratique, puisqu’il peut être effectué à tout moment et en quantité illimitée, ce qui éloigne la question du devenir de ces déchets dans notre écosystème. De plus, comme le notent les experts, de tels vols ne nécessitent pas une grande précision. Mais d’un autre côté, cette méthode présente aussi des faiblesses. Le principal problème est d'assurer la sécurité de la biosphère terrestre à toutes les étapes du lancement d'un lanceur. La probabilité d'un accident au démarrage est assez élevée et est estimée à près de 2 à 3 %. Un incendie ou une explosion d'un lanceur au lancement, en cours de vol, ou sa chute peut provoquer une dispersion importante de déchets radioactifs dangereux. C'est pourquoi, lors de l'étude de cette méthode, l'attention principale doit être portée sur la question de la sécurité dans toute situation d'urgence.

Olga Makarovskaya, vice-présidente de l'Autorité nationale de réglementation nucléaire d'Ukraine ; Dmitry Chumak, ingénieur principal du secteur de support d'information du Département d'information et technique du SSTC NRS, 10/03/2014