Radiacija erdvėje veikia žmones. Kas yra kosminė spinduliuotė? Šaltiniai, pavojus

Komiksas apie tai, kaip mokslininkai tyrinės Marsą kovodami su kosmine spinduliuote.

Jame nagrinėjami keli ateities tyrimų, siekiant apsaugoti astronautus nuo radiacijos, būdai, įskaitant vaistų terapiją, genų inžineriją ir žiemos miego technologijas. Autoriai taip pat pažymi, kad radiacija ir senėjimas žudo organizmą panašiai, ir teigia, kad kovos su vienu būdais taip pat gali veikti prieš kitą. Straipsnis su kovos šūkiu pavadinime: Viva la radioresistance! („Tegyvuoja atsparumas radiacijai!“) buvo paskelbtas žurnale „Oncotarget“.

„Kosmoso tyrinėjimų renesansas greičiausiai lems pirmąsias žmogaus misijas į Marsą ir giliąją erdvę. Tačiau norėdami išgyventi padidėjusios kosminės spinduliuotės sąlygomis, žmonės turės tapti atsparesni išoriniai veiksniai. Šiame straipsnyje mes siūlome metodiką, kaip pasiekti didesnį atsparumą radiacijai, atsparumą stresui ir atsparumą senėjimui. Kurdami strategiją subūrėme pirmaujančius mokslininkus iš Rusijos, taip pat NASA, Europos kosmoso agentūros, Kanados radiacijos centro ir daugiau nei 25 kitų centrų visame pasaulyje. Radioresistencijos technologijos taip pat bus naudingos Žemėje, ypač jei „šalutinis poveikis“ yra sveikas ilgaamžiškumas“, – komentuoja MIPT docentas Aleksandras Žavoronkovas.

. " alt="Mes pasirūpinsime, kad radiacija netrukdytų žmonijai užkariauti kosmoso ir kolonizuoti Marsą. Mokslininkų dėka skrisime į Raudonąją planetą ir ten surengsime diskoteką bei kepsninę . " src="/sites/default/files/images_custom/2018/03/mars7.png">!}

Pasirūpinsime, kad radiacija netrukdytų žmonijai užkariauti kosmoso ir kolonizuoti Marsą. Mokslininkų dėka skrisime į Raudonąją planetą ir ten surengsime diskoteką bei kepsninę .

Erdvė prieš žmogų

„Kosminiu mastu mūsų planeta yra tik mažas laivas, gerai apsaugotas nuo kosminės spinduliuotės. Žemės magnetinis laukas nukreipia saulės ir galaktikos įkrautas daleles ir taip žymiai sumažina radiacijos lygį planetos paviršiuje. Skrydžių į kosmosą dideliais atstumais metu ir kolonizuojant labai silpnus magnetinius laukus turinčias planetas (pavyzdžiui, Marsą), tokios apsaugos nebus, o astronautus ir kolonistus nuolat veiks įkrautų dalelių srautai su milžiniška energija. Tiesą sakant, žmonijos kosminė ateitis priklauso nuo to, kaip įveiksime šią problemą“, – mintimis dalijasi Federalinio medicinos biofizikos centro, pavadinto A. I. Burnazyano vardu, Eksperimentinės radiobiologijos ir radiacinės medicinos katedros vedėjas, Rusijos mokslų akademijos profesorius, Rusijos mokslų akademijos darbuotojas. inovacijų kūrimo laboratorija vaistai MIPT Andreyanas Osipovas.

Žmogus neapsaugotas nuo kosmoso pavojų: saulės spinduliuotės, galaktikos kosminių spindulių, magnetinių laukų, radioaktyvios Marso aplinkos, Žemės radiacijos juostos, mikrogravitacijos (nesvarumo).

Žmonija rimtai siekia kolonizuoti Marsą – „SpaceX“ žada pristatyti žmones į Raudonąją planetą jau 2024 m., tačiau kai kurios reikšmingos problemos vis dar neišspręstos. Taigi vienas iš pagrindinių pavojų astronautų sveikatai yra kosminė spinduliuotė. Jonizuojanti spinduliuotė pažeidžia biologines molekules, ypač DNR, o tai sukelia įvairius sutrikimus: nervų sistemą, širdies ir kraujagyslių sistemą ir daugiausia vėžį. Mokslininkai siūlo suvienyti jėgas ir, pasinaudojant naujausiais biotechnologijų pasiekimais, padidinti žmogaus radiacinį atsparumą, kad jis galėtų užkariauti kosmoso platybes ir kolonizuoti kitas planetas.

Žmogaus gynyba

Kūnas turi būdų, kaip apsisaugoti nuo DNR pažeidimo ir jį ištaisyti. Mūsų DNR yra nuolat veikiama natūralios spinduliuotės, taip pat reaktyviųjų deguonies rūšių (ROS), kurios susidaro normalaus ląstelių kvėpavimo metu. Tačiau taisant DNR, ypač didelės žalos atveju, gali atsirasti klaidų. DNR pažeidimų kaupimasis laikomas viena iš pagrindinių senėjimo priežasčių, todėl radiacija ir senėjimas yra panašūs žmonijos priešai. Tačiau ląstelės gali prisitaikyti prie radiacijos. Įrodyta, kad nedidelė spinduliuotės dozė gali ne tik nepadaryti žalos, bet ir paruošti ląsteles didesnėms dozėms. Dabar tarptautiniai standartai radiacinė apsaugaį tai neatsižvelgiama. Naujausi tyrimai rodo, kad yra tam tikras radiacijos slenkstis, žemiau kurio galioja principas „sunku treniruotėse, lengvas mūšyje“. Straipsnio autoriai mano, kad norint juos pradėti eksploatuoti, būtina ištirti radijo prisitaikymo mechanizmus.

Radiorezistencijos didinimo būdai: 1) genų terapija, multipleksinė genų inžinerija, eksperimentinė evoliucija; 2) biobankininkystė, regeneracinės technologijos, audinių ir organų inžinerija, sukeltas ląstelių atsinaujinimas, ląstelių terapija; 3) radioprotektoriai, geroprotektoriai, antioksidantai; 4) žiemos miegas; 5) deuteruoti organiniai komponentai; 6) radiacijai atsparių žmonių medicininė atranka.

MIPT gyvenimo trukmės ir senėjimo genetikos laboratorijos vadovas, Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas, daktaras biologijos mokslai Aleksejus Moskalevas paaiškina: „Mūsų ilgalaikiai mažų jonizuojančiosios spinduliuotės dozių poveikio pavyzdinių gyvūnų gyvenimo trukmei tyrimai parodė, kad nedidelis žalingas poveikis gali stimuliuoti ląstelių ir organizmo gynybines sistemas (DNR atstatymas, šilumos šoko baltymai, šalinimas). negyvybingų ląstelių, įgimtas imunitetas). Tačiau kosmose žmonės susidurs su didesniu ir pavojingesniu radiacijos dozių diapazonu. Turime sukaupę didelę geroprotektorių duomenų bazę. Įgytos žinios leidžia manyti, kad daugelis jų veikia rezervinių pajėgumų aktyvinimo ir atsparumo stresui didinimo mechanizmu. Tikėtina, kad tokia stimuliacija padės būsimiems kosmoso kolonizatoriams.

Astronautų inžinerija

Be to, radiacinis atsparumas žmonėms skiriasi: vieni atsparesni spinduliuotei, kiti mažiau. Radiacijai atsparių asmenų medicininė atranka apima ląstelių mėginių paėmimą iš potencialių kandidatų ir visapusišką šių ląstelių radioadaptyvumo analizę. Į kosmosą skris tie, kurie atspariausi radiacijai. Be to, galima atlikti viso genomo tyrimus žmonėms, gyvenantiems vietovėse su aukšto lygio foninė spinduliuotė arba tie, kurie su juo susiduria pagal profesiją. Vėžiui ir kitoms su radiacija susijusioms ligoms mažiau jautrių žmonių genominiai skirtumai ateityje galėtų būti išskirti ir „įskiepyti“ į astronautus naudojant šiuolaikinius genų inžinerijos metodus, tokius kaip genomo redagavimas.

Yra keletas variantų, kuriems reikia įvesti genus, kad padidėtų radiorezistencija. Pirma, antioksidantų genai padės apsaugoti ląsteles nuo reaktyviųjų deguonies rūšių, kurias gamina radiacija. Kelios eksperimentinės grupės jau sėkmingai bandė sumažinti jautrumą spinduliuotei naudojant tokius transgenus. Tačiau šis metodas neišgelbės jūsų nuo tiesioginio radiacijos poveikio, tik nuo netiesioginio poveikio.

Galite įvesti genus baltymams, atsakingiems už DNR taisymą. Tokie eksperimentai jau buvo atlikti – kai kurie genai tikrai padėjo, o kai kurie padidino genomo nestabilumą, todėl ši sritis laukia naujų tyrimų.

Perspektyvesnis metodas yra radioprotekcinių transgenų naudojimas. Daugelis organizmų (pavyzdžiui, tardigradai) turi aukštas laipsnis radiorezistencijos, o jei išsiaiškinsime, kokie genai ir molekuliniai mechanizmai už to slypi, juos galima paversti žmonėms naudojant genų terapiją. Norint nužudyti 50 % vėlyvųjų, reikia 1000 kartų didesnės radiacijos dozės nei mirtina žmonėms. Neseniai buvo atrastas baltymas, kuris, kaip manoma, yra vienas iš tokios ištvermės veiksnių – vadinamasis žalos slopintuvas Dsup. Eksperimento su žmogaus ląstelių linija metu paaiškėjo, kad Dsup geno įvedimas žalą sumažina 40 proc. Dėl to genas yra perspektyvus kandidatas apsaugoti žmones nuo radiacijos.

Kovotojo pirmosios pagalbos vaistinėlė

Vaistai, didinantys organizmo radiacinę apsaugą, vadinami „radioprotektoriais“. Iki šiol yra tik vienas FDA patvirtintas radioprotektorius. Tačiau pagrindiniai signalizacijos keliai ląstelėse, kurios dalyvauja senatvinių patologijų procesuose, taip pat yra susijusios su atsaku į spinduliuotę. Remiantis tuo, geroprotektoriai – vaistai, mažinantys senėjimo greitį ir ilginantys gyvenimo trukmę – taip pat gali būti naudojami kaip radioprotektoriai. Remiantis Geroprotectors.org ir DrugAge duomenų bazėmis, yra daugiau nei 400 galimų geroprotektorių. Autoriai mano, kad tai bus naudinga apsvarstyti esamų vaistų dėl gero ir radioprotekcinių savybių buvimo.

Kadangi jonizuojanti spinduliuotė taip pat veikia per reaktyviąsias deguonies rūšis, redokso absorberiai arba, paprasčiau tariant, antioksidantai, tokie kaip glutationas, NAD ir jo pirmtakas NMN, gali padėti susidoroti su spinduliuote. Atrodo, kad pastarieji vaidina svarbų vaidmenį reaguojant į DNR pažeidimus, todėl yra labai svarbūs apsaugos nuo radiacijos ir senėjimo požiūriu.

Hipernacija žiemos miego metu

Netrukus po pirmojo paleidimo skrydžiai į kosmosą Pagrindinis sovietinės kosmoso programos dizaineris Sergejus Korolevas pradėjo kurti ambicingas projektas pilotuojamas skrydis į Marsą. Jo idėja buvo ilgam laikui įgulą įjungti žiemos miego būsenoje. kosminės kelionės. Žiemos miego metu visi procesai organizme sulėtėja. Eksperimentai su gyvūnais rodo, kad tokioje būsenoje padidėja atsparumas ekstremaliems veiksniams: sumažėjusi temperatūra, mirtinos dozės radiacija, perkrovos ir pan. SSRS Marso projektas buvo uždarytas po Sergejaus Korolevo mirties. Ir šiuo metu Europos kosmoso agentūra rengia projektą „Aurora“, skirtą skrydžiams į Marsą ir Mėnulį, kuriame svarstoma galimybė užmigti astronautus. ESA mano, kad žiemos miegas užtikrins didesnį saugumą ilgalaikių automatinių skrydžių metu. Jei kalbėsime apie būsimą kosmoso kolonizaciją, lengviau transportuoti ir apsaugoti nuo radiacijos užšaldytų lytinių ląstelių banką, o ne „pasiruošusių“ žmonių populiaciją. Bet to, aišku, artimiausiu metu nebus ir galbūt iki to laiko radijo apsaugos metodai bus pakankamai išvystyti, kad žmonės nebijotų kosmoso.

Sunkioji artilerija

Visi organiniai junginiai turi anglies-vandenilio jungtis (C-H). Tačiau galima susintetinti junginius, kuriuose vietoj vandenilio yra deuterio – sunkesnio vandenilio analogo. Dėl didesnės masės ryšiai su deuteriu nutrūksta sunkiau. Tačiau kūnas sukurtas dirbti su vandeniliu, todėl per daug vandenilio pakeitus deuteriu, tai gali sukelti blogų pasekmių. Įvairiuose organizmuose įrodyta, kad deuteruoto vandens pridėjimas prailgina gyvenimo trukmę ir turi priešvėžinį poveikį, tačiau daugiau nei 20 % deuteruoto vandens maiste pradeda daryti toksinį poveikį. Straipsnio autoriai mano, kad reikia atlikti ikiklinikinius tyrimus ir ieškoti saugumo slenksčio.

Įdomi alternatyva – ne vandenilį, o anglį pakeisti sunkesniu analogu. 13 C yra tik 8% sunkesnis nei 12 C, o deuteris yra 100% sunkesnis už vandenilį – tokie pokyčiai bus ne tokie kritiški organizmui. Tačiau šis metodas neapsaugos nuo N-H ir OH ryšių, laikančių kartu DNR bazes, nutraukimo. Be to, 13 C gamyba šiuo metu yra labai brangi. Tačiau, jei gamybos sąnaudas galima sumažinti, anglies pakeitimas galėtų suteikti papildomą žmogaus apsaugą nuo kosminės spinduliuotės.

„Kosminės misijos dalyvių radiacinės saugos problema priklauso labai sudėtingų problemų klasei, kurių negalima išspręsti per vieną mokslo centras ar net visą šalį. Būtent dėl ​​šios priežasties nusprendėme suburti specialistus iš pirmaujančių Rusijos ir viso pasaulio centrų, kad sužinotume ir įtvirtintume jų viziją, kaip išspręsti šią problemą. Visų pirma, tarp rusų autoriai Yra pavadintų FMBC mokslininkų straipsnių. A.I. Burnazyan, Rusijos mokslų akademijos Biomedicinos problemų institutas, MIPT ir kitos visame pasaulyje žinomos institucijos. Vykdant projektą daugelis jo dalyvių susitiko pirmą kartą ir dabar planuoja tęsti pradėtus bendrus tyrimus“, – apibendrina projekto koordinatorius, radiobiologas Ivanas Ozerovas, Ląstelių signalizacijos kelių analizės grupės vadovas. „Skolkovo“ startuolio „Insilico“.

Dizainerė Elena Khavina, MIPT spaudos tarnyba

Kur μ – masės rentgeno spindulių slopinimo koeficientas cm 2 /g, X/ ρ – apsaugos masės storis g/cm2. Jei atsižvelgiama į kelis sluoksnius, tada po eksponentu yra keli terminai su minuso ženklu.

Sugertos spinduliuotės dozės galia iš rentgeno spindulių per laiko vienetą N lemia spinduliuotės intensyvumas aš ir masės sugerties koeficientas μ LT

N = μ EN I

Apskaičiuojant masės išnykimo ir sugerties koeficientus skirtingos reikšmės Rentgeno spindulių energija paimama pagal NIST rentgeno spindulių masės slopinimo koeficientus.

1 lentelėje pateikti parametrai ir apskaičiavimo rezultatai sugertajai ir ekvivalentinei apsaugos spinduliuotės dozei.

1 lentelė. Rentgeno spinduliuotės charakteristikos, susilpnėjimo koeficientai Al ir sugerties koeficientai organizme, apsaugos storis, sugertos ir ekvivalentinės spinduliuotės dozės per parą skaičiavimo rezultatas*

*Pastaba – LM-5 ir Krechet, XA-25 ir XA-15 skafandrų apsaugos storis aliuminio ekvivalentu, kuris atitinka 5,6, 1,3, 0,9 ir 0,6 mm lakštinio aliuminio; apsaugos storis „ХО-25“, „Orlan-M“ ir A7L audiniams ekvivalentiškos medžiagos, kuri atitinka 2,3, 1,9 ir 1,5 mm audiniui ekvivalentiškos medžiagos.

Ši lentelė naudojama apšvitos dozei per dieną įvertinti esant kitoms rentgeno spinduliuotės intensyvumo vertėms, padauginus iš lentelės srauto vertės ir pageidaujamo vidurkio per dieną santykio koeficiento. Skaičiavimo rezultatai parodyti fig. 3 ir 4 sugertos spinduliuotės dozės skalės pavidalu.

Skaičiavimai rodo, kad Mėnulio modulis, kurio skydas yra 1,5 g/cm 2 (arba 5,6 mm Al), visiškai sugeria minkštą ir kietą Saulės rentgeno spinduliuotę. Daugiausiai galinga blykstė nuo 2003 m. lapkričio 4 d. (nuo 2013 m. ir registruojama nuo 1976 m.) jo rentgeno spinduliuotės intensyvumas piko metu buvo 28,10-4 W/m2 minkštajai spinduliuotei ir 4,10-4 W/m2 kietajai spinduliuotei. . Vidutinis intensyvumas per dieną bus atitinkamai 10 W/m2 parą ir 1,3 W/m2. Apšvitos dozė ekipažui per parą – 8 rad arba 0,08 Gy, kuri yra saugi žmogui.

Nustatyta, kad tokių įvykių kaip 2003 m. lapkričio 4 d. tikimybė yra 30 minučių per 37 metus. Arba lygus ~1/650000 val.−1. Tai labai maža tikimybė. Palyginimui, vidutinis žmogus per visą gyvenimą ne namuose praleidžia ~300 000 valandų, o tai atitinka galimybę būti 2003 metų lapkričio 4 dienos rentgeno įvykio liudininku su 1/2 tikimybe.

Norėdami nustatyti skafandrui keliamus radiacijos reikalavimus, atsižvelgiame į rentgeno spindulių blyksnius ant Saulės, kai jų intensyvumas padidėja 50 kartų švelniai spinduliuotei ir 1000 kartų kietajai spinduliuotei, palyginti su vidutiniu dienos didžiausio saulės aktyvumo fonu. Pagal pav. 4, tokių įvykių tikimybė yra 3 protrūkiai per 30 metų. Švelniosios rentgeno spinduliuotės intensyvumas bus lygus 4,3 W/m2 parą, o kietosios – 0,26 W/m2.

Mėnulio skafandro radiacijos reikalavimai ir parametrai

Mėnulio paviršiuje esančiame skafandre lygiavertės rentgeno spinduliuotės dozės padidėja.

Naudojant „Krechet“ skafandrą lentelės reikšmės spinduliuotės intensyvumas, apšvitos dozė bus 5 mrad per dieną. Apsaugą nuo rentgeno spinduliuotės užtikrina 1,2-1,3 mm aliuminio lakštas, sumažinantis spinduliavimo intensyvumą ~e9=7600 kartų. Naudojant mažesnio storio aliuminio lakštą, apšvitos dozės padidėja: 0,9 mm Al – 15 mrad/parą, 0,6 mm Al – 120 mrad/parą.

Anot TATENA, tokia foninė spinduliuotė yra atpažįstama normalios būklėsžmogui.

Saulės spinduliuotės galiai padidėjus iki 0,86 W/m 2 parą, 0,6 mm Al spinduliuotės dozė apsaugai yra lygi 1,2 rad/ess, o tai yra ant normalių ir pavojingų žmogaus sveikatai sąlygų ribos.

Mėnulio skafandras „Krechet“. Vaizdas į atvirą kuprinės liuką, pro kurį astronautas patenka į skafandrą. Vykdant sovietinę Mėnulio programą, reikėjo sukurti skafandrą, kuris leistų gana ilgą laiką dirbti tiesiai Mėnulyje. Jis buvo vadinamas „Krechet“ ir tapo „Orlan“ skafandrų, šiandien naudojamų darbui kosmose, prototipu. Svoris 106 kg.

Naudojant audiniams lygiavertę apsaugą (polimerus, tokius kaip milaras, nailonas, veltinys, stiklo pluoštas), spinduliuotės dozė padidėja tam tikru mastu. Taigi Orlan-M skafandras, apsaugotas 0,21 g/cm 2 audiniams ekvivalentiškos medžiagos, spinduliavimo intensyvumas sumažėja ~e3 = 19 kartų, o rentgeno spinduliuotės dozė kaulinis audinys kūnas bus 1,29 rad/ess. Apsaugai atitinkamai 0,25 g/cm 2 ir 0,17 g/cm 2, 1,01 ir 1,53 rad/ess.

„Apollo 16“ įgula John Young (vadas), Thomas Mattingly (pilotas) komandų modulis) ir Charles Duke (mėnulio modulio pilotas) A7LB skafandre. Pačiam tokį skafandrą apsivilkti sunku.

Eugenijus Cernanas su A7LB skafandru, „Apollo 17“ misija.

A7L – pagrindinis skafandrų tipas, naudotas NASA astronautų Apollo programoje iki 1975 m. Viršutinių drabužių pjūvis. Į komplektaciją įeina: 1) ugniai atsparus stiklo pluošto audinys, sveriantis 2 kg, 2) šiluminė ekrano-vakuuminė izoliacija (EVTI), apsauganti žmogų nuo perkaitimo saulėje ir nuo per didelių šilumos nuostolių neapšviestame Mėnulio paviršiuje, yra pakuotė. iš 7 sluoksnių plonų Mylar ir nailono plėvelių su blizgiu aliuminuotu paviršiumi, tarp sluoksnių paklotas plonas Dacron pluošto šydas, svoris 0,5 kg; 3) antimeteorinis sluoksnis iš nailono su neopreno danga (3–5 mm storio), sveriantis 2–3 kg. Vidinis skafandro apvalkalas buvo pagamintas iš patvaraus audinio, plastiko, gumuoto audinio ir gumos. Vidinio apvalkalo masė ~20 kg. Į komplektą įeina šalmas, kumštinės pirštinės, batai ir aušinimo skystis. Ekstraveikinio skafandro komplekto A7L svoris yra 34,5 kg

Saulės spinduliuotės intensyvumui padidėjus iki 0,86 W/m 2 per parą, apšvitos dozė apsaugai yra 0,25 g/cm 2, 0,21 g/cm 2 ir 0,17 g/cm 2 audinių ekvivalentinės medžiagos, atitinkamai yra 10,9, 12,9 ir 15,3 rad/ess. Ši dozė prilygsta 500-700 žmogaus krūtinės ląstos rentgeno procedūrų. Vienkartinė 10-15 radų dozė paveikia nervų sistema ir psichika, rizika susirgti kraujo leukemija padidėja 5 proc., pastebėkite protinis atsilikimas tėvų palikuonyse. Anot TATENA, tokia foninė spinduliuotė kelia labai rimtą pavojų žmonėms.

Kai rentgeno spinduliuotės intensyvumas yra 4,3 W/m 2 parą, apšvitos dozė per dieną yra 50-75 rad ir sukelia spindulines ligas.

Kosmonautas Michailas Tyurinas skafandre „Orlan-M“. Kostiumas buvo naudojamas MIR stotyje ir ISS nuo 1997 iki 2009 m. Svoris 112 kg. Šiuo metu TKS naudoja Orlan-MK (modernizuotas, kompiuterizuotas). Svoris 120 kg.

Paprasčiausia išeitis – laiką, kurį astronautas praleidžia po tiesioginiais saulės spinduliais, sumažinti iki 1 valandos. Orlan-M skafandro sugertoji spinduliuotės dozė sumažės iki 0,5 rad. Kitas būdas – veikti kosminės stoties šešėlyje, tokiu atveju ekstraveikulinio aktyvumo trukmė gali būti gerokai padidinta, nepaisant didelės išorinės rentgeno spinduliuotės. Jei esate Mėnulio paviršiuje toli už Mėnulio bazės, greitas grįžimas ir prieglobstis ne visada įmanomas. Galite naudoti mėnulio kraštovaizdžio šešėlį arba skėtį nuo rentgeno spindulių...

Paprasta efektyviu būdu apsauga nuo saulės rentgeno spinduliuotės – tai lakštinio aliuminio naudojimas skafandre. Esant 0,9 mm Al (storis 0,25 g/cm 2 aliuminio ekvivalentu), kostiumas nuo vidutinio rentgeno fono skiriasi 67 kartus. 10 kartų padidėjus fonui iki 0,86 W/m 2 parą, spinduliuotės dozė yra 0,15 rad/d. Net staigiai 50 kartų padidėjus rentgeno spindulių srautui nuo vidutinio fono iki 4,3 W/m 2 paros vertės, sugertoji spinduliuotės dozė per dieną neviršys 0,75 rad.

Esant 0,7 mm Al (storis 0,20 g/cm 2 aliuminio ekvivalentu), apsauga išlaiko 35 kartus didesnį spinduliuotės ribą. Esant 0,86 W/m2 per parą, spinduliuotės dozė bus ne didesnė kaip 0,38 rad/parą. Esant 4,3 W/m 2 parai, sugertoji spinduliuotės dozė neviršys 1,89 rad.

Skaičiavimai rodo, kad norint užtikrinti 0,25 g/cm2 spinduliuotės apsaugą aliuminio ekvivalentu, reikalingas 1,4 g/cm2 audinių ekvivalentas. Esant tokiai skafandro masės apsaugos vertei, jo storis padidės kelis kartus ir sumažės naudojimo patogumas.

REZULTATAI IR IŠVADOS

Protoninės spinduliuotės atveju audinių lygiavertė apsauga turi 20-30% pranašumą prieš aliuminį.

Veikiant rentgeno spinduliuotei, pirmenybė teikiama aliuminio ekvivalento apsaugai, o ne polimerams. Ši išvada sutampa su David Smith ir John Scalo tyrimų rezultatais.

Mėnulio skafandrai turi turėti du apsaugos parametrus:

1) ne mažesnis kaip 0,21 g/cm 2 parametras, apsaugantis skafandrą su audinių ekvivalentinėmis medžiagomis nuo protonų spinduliuotės;
2) aliuminio ekvivalento skafandro apsaugos parametras nuo rentgeno spinduliuotės ne mažesnis kaip 0,20 g/cm 2 .

Naudojant Al apsaugą skafandro, kurio plotas yra 2,5–3 m 2, išoriniame korpuse, Orlan-MK pagrindu pagaminto skafandro svoris padidės 5–6 kg.

Mėnulio skafandrui bendra sugerta saulės vėjo spinduliuotės dozė ir rentgeno spinduliai Saulė maksimalaus saulės aktyvumo metais bus 0,19 rad/parą (ekvivalentinė spinduliuotės dozė – 8,22 mSv/parą). Toks skafandras turi 4 kartus didesnę radiacinės saugos ribą saulės vėjui ir 35 kartus didesnę radiacinės saugos ribą rentgeno spinduliuotei. Nereikia jokių papildomų apsaugos priemonių, pavyzdžiui, aliuminio spindulių skėčių.

Orlan-M skafandrui atitinkamai 1,45 rad/parą (ekvivalentinė spinduliuotės dozė – 20,77 mSv/para). Kostiumas turi 4 kartus didesnį saulės vėjo radiacijos saugos ribą.

„Apollo“ misijos skafandrui A7L (A7LB) atitinkamai 1,70 rad/parą (ekvivalentinė radiacijos dozė – 23,82 mSv/para). Kostiumas turi 3 kartus didesnę radiacinės saugos ribą saulės vėjui.

Nepertraukiamai 4 paras būnant Mėnulio paviršiuje moderniais Orlan ar A7L tipo skafandrais, žmogus gauna 0,06-0,07 Gy spinduliuotės dozę, kuri kelia pavojų jo sveikatai. Tai atitinka Davido Smitho ir Johno Scalo išvadas , kad cislunarinėje kosminėje erdvėje moderniame skafandre per 100 valandų su 10% tikimybe žmogus gaus sveikatai ir gyvybei pavojingą radiacijos dozę, viršijančią 0,1 Gray. Orlan ar A7L tipo skafandrams reikalingos papildomos rentgeno apsaugos priemonės, pavyzdžiui, aliuminio spinduliuotės skėčiai.

Siūlomas mėnulio skafandras Orlano bazėje per 4 dienas įgyja 0,76 rad arba 0,0076 Gy radiacijos dozę. (Viena valanda saulės vėjo poveikio mėnulio paviršiuje su skafandru atitinka du krūtinės ląstos rentgeno spindulius.) Anot TATENA, radiacijos rizika yra pripažinta normalia žmonių būkle.

NASA išbando naują kosminį kostiumą artėjančiam 2020 m. pilotuojamam skrydžiui į Mėnulį.

Be saulės vėjo ir rentgeno spindulių iš Saulės keliamos radiacijos rizikos, yra ir srautas. Daugiau apie tai vėliau.

Kaip jau minėta, kai tik amerikiečiai pradėjo savo kosmoso programa, jų mokslininkas Jamesas Van Allenas padarė gana svarbų atradimą. Pirmasis amerikietis dirbtinis palydovas, kurį jie paleido į orbitą, buvo daug mažesnis nei sovietinis, tačiau Van Allenas sumanė prie jo pritvirtinti Geigerio skaitiklį. Taigi tai, kas buvo išreikšta XIX amžiaus pabaigoje, buvo oficialiai patvirtinta. puikus mokslininkas Nikola Tesla iškėlė hipotezę, kad Žemę juosia intensyvios spinduliuotės juosta.

Astronauto Williamo Anderso Žemės nuotrauka

Apollo 8 misijos metu (NASA archyvai)

Tačiau Tesla buvo laikoma puikiu ekscentriku ir akademinis mokslas- net beprotiškas, todėl jo hipotezės apie milžinišką Saulės generuojamą elektros krūvį jau seniai buvo numestos į lentynas, o terminas „saulės vėjas“ nesukėlė nieko kito, tik šypsenas. Tačiau Van Alleno dėka Teslos teorijos buvo atgaivintos. Van Alleno ir daugelio kitų tyrinėtojų iniciatyva buvo nustatyta, kad radiacijos juostos kosmose prasideda 800 km aukštyje virš Žemės paviršiaus ir tęsiasi iki 24 000 km. Kadangi radiacijos lygis ten yra daugiau ar mažiau pastovus, gaunama spinduliuotė turėtų būti maždaug lygi išeinančiai spinduliuotei. Priešingu atveju jis arba kauptųsi tol, kol „iškeptų“ Žemę, kaip krosnyje, arba išdžiūtų. Ta proga Van Allenas rašė: „Radiacinius diržus galima palyginti su nesandariu indu, kuris nuolat pasipildo iš Saulės ir teka į atmosferą. Didelė dalis saulės dalelių išsilieja per laivą ir išsilieja, ypač poliarinėse zonose, sukeldamos poliarines šviesas, magnetines audras ir kitus panašius reiškinius.

Van Alleno juostų spinduliuotė priklauso nuo saulės vėjo. Be to, atrodo, kad jie sutelkia arba sutelkia šią spinduliuotę savyje. Tačiau kadangi jie gali sutelkti savyje tik tai, kas atkeliavo tiesiai iš Saulės, lieka atviras dar vienas klausimas: kiek radiacijos yra likusioje kosmoso dalyje?

Atmosferos dalelių orbitos egzosferoje(dic.academic.ru)

Mėnulis neturi Van Alleno diržų. Ji taip pat neturi apsauginės atmosferos. Ji atvira visiems saulės vėjai. Jei Mėnulio ekspedicijos metu būtų įvykęs stiprus saulės pliūpsnis, didžiulis radiacijos srautas būtų sudeginęs ir kapsules, ir astronautus toje Mėnulio paviršiaus dalyje, kurioje jie praleido dieną. Ši spinduliuotė ne tik pavojinga, bet ir mirtina!

1963 metais sovietų mokslininkai garsiam britų astronomui Bernardui Lovelui pasakė, kad jie nežino būdo, kaip apsaugoti astronautus nuo mirtinų kosminės spinduliuotės padarinių. Tai reiškė, kad net daug storesni metaliniai rusiškų prietaisų korpusai negalėjo susidoroti su radiacija. Kaip amerikietiškose kapsulėse naudojamas ploniausias (beveik kaip folija) metalas galėtų apsaugoti astronautus? NASA žinojo, kad tai neįmanoma. Kosminės beždžionės mirė praėjus mažiau nei 10 dienų po grįžimo, bet NASA mums to niekada nepranešė tikroji priežastis jų mirtis.

Beždžionė-astronautas (RGANT archyvas)

Dauguma žmonių, net ir išmanančių kosmosą, nežino apie mirtinos spinduliuotės, prasiskverbiančios į kosmosą, egzistavimą. Kaip bebūtų keista (o gal tik dėl priežasčių, kurias galima atspėti), amerikiečių „Iliustruotoje kosmoso technologijų enciklopedijoje“ frazė „kosminė spinduliuotė“ nepasitaiko nė karto. Ir apskritai amerikiečių mokslininkai (ypač susiję su NASA) šios temos vengia už mylios.

Tuo tarpu Lovellas, pabendravęs su kolegomis iš Rusijos, kurie puikiai žinojo apie kosminę spinduliuotę, išsiuntė turimą informaciją NASA administratoriui Hugh Drydenui, tačiau šis į tai nepaisė.

Vienas iš astronautų, tariamai apsilankiusių Mėnulyje, Collinsas, savo knygoje tik du kartus paminėjo kosminę spinduliuotę:

„Bent jau Mėnulis buvo gerokai už Žemės Van Alleno juostų, o tai reiškė gerą radiacijos dozę tiems, kurie ten nuvyko, ir mirtiną dozę tiems, kurie ten gyveno.

„Taigi Van Alleno spinduliuotės juostos, supančios Žemę, ir saulės žybsnių galimybė reikalauja supratimo ir pasiruošimo, kad įgula nebūtų veikiama padidėjusių radiacijos dozių.

Taigi ką reiškia „suprasti ir pasiruošti“? Ar tai reiškia, kad už Van Alleno diržų likusioje erdvėje nėra radiacijos? O gal priėmus galutinį sprendimą dėl ekspedicijos NASA turėjo slaptą strategiją, kaip apsisaugoti nuo saulės žybsnių?

NASA tvirtino, kad gali tiesiog nuspėti saulės pliūpsnius, todėl išsiuntė astronautus į Mėnulį tada, kai pliūpsnių nesitikėjo ir radiacijos pavojus jiems buvo minimalus.

Kol Armstrongas ir Aldrinas dirbo kosmose

Mėnulio paviršiuje Michaelas Collinsas

patalpintas į orbitą (NASA archyvas)

Tačiau kiti ekspertai teigia: „Galima numatyti tik apytikslę būsimos didžiausios spinduliuotės datą ir jos tankį“.

Sovietų Sąjungos kosmonautas Leonovas vis dėlto išėjo į kosmosą 1966 m., tačiau su itin sunkiu švininiu kostiumu. Tačiau vos po trejų metų amerikiečių astronautai iššoko ant Mėnulio paviršiaus ir ne su itin sunkiais skafandrais, o atvirkščiai! Galbūt per daugelį metų NASA specialistams pavyko rasti kokią nors itin lengvą medžiagą, kuri patikimai apsaugo nuo radiacijos?

Tačiau mokslininkai staiga išsiaiškina, kad bent Apollo 10, Apollo 11 ir Apollo 12 pajudėjo būtent tais laikotarpiais, kai saulės dėmės ir atitinkamas saulės aktyvumas artėjo prie maksimumo. Visuotinai pripažintas teorinis saulės ciklo 20 maksimumas truko nuo 1968 m. gruodžio iki 1969 m. gruodžio mėn. Per šį laikotarpį Apollo 8, Apollo 9, Apollo 10, Apollo 11 ir Apollo 12 misijos tariamai persikėlė už Van Alleno diržų apsaugos zonos ir pateko į cislunarinę erdvę.

Tolesnis mėnesinių grafikų tyrimas parodė, kad pavieniai saulės pliūpsniai yra atsitiktinis reiškinys, spontaniškai vykstantis per 11 metų ciklą. Taip pat atsitinka, kad „žemuoju“ ciklo periodu tai atsitinka didelis skaičius protrūkių per trumpą laiką, o per „didelį“ laikotarpį – labai nedaug. Tačiau svarbu tai, kad labai stiprūs protrūkiai gali atsirasti bet kuriuo ciklo metu.

Apollo eros metu Amerikos astronautai praleido viso beveik 90 dienų. Kadangi spinduliuotė iš nenuspėjamų saulės pliūpsnių Žemę ar Mėnulį pasiekia greičiau nei per 15 minučių, vienintelis būdas nuo jos apsisaugoti būtų naudoti švino talpyklas. Bet jei raketos galios pakaktų tokiai pakelti antsvorio, kodėl tada reikėjo eiti į kosmosą mažytėmis kapsulėmis (0,1 mm aliuminio) esant 0,34 atmosferos slėgiui?

Tai nepaisant to, kad net plonu sluoksniu Apsauginė danga, vadinama „mylar“, anot „Apollo 11“ įgulos, pasirodė tokia sunki, kad ją reikėjo skubiai pašalinti iš Mėnulio modulio!

Panašu, kad NASA Mėnulio ekspedicijoms atrinko specialius vyrukus, nors ir pritaikytus prie aplinkybių, nulietus ne iš plieno, o iš švino. Amerikietis šios problemos tyrinėtojas Ralphas Rene netingėjo skaičiuoti, kaip dažnai kiekviena iš tariamai baigtų Mėnulio ekspedicijų turėjo būti paveikta saulės aktyvumo.

Beje, vienas iš autoritetingų NASA darbuotojų (beje, nusipelnęs fizikas) Billas Modlinas savo darbe „Tarpžvaigždinių kelionių perspektyvos“ atvirai pranešė: „ Saulės žybsniai gali spinduliuoti GeV protonus tame pačiame energijos diapazone kaip ir dauguma kosminių dalelių, bet daug intensyviau. Jų energijos padidėjimas padidėjus spinduliuotei kelia ypatingą pavojų, nes GeV protonai prasiskverbia per kelis metrus medžiagos... Saulės (arba žvaigždžių) blyksniai su protonų emisija yra periodiškai labai rimtas pavojus tarpplanetinėje erdvėje, kuri suteikia spinduliuotę. šimtų tūkstančių rentgeno dozė per kelias valandas atstumu nuo Saulės iki Žemės. Ši dozė yra mirtina ir milijonus kartų didesnė už leistiną. Mirtis gali įvykti po 500 rentgenų per trumpą laiką.

Taip, drąsūs amerikiečių vaikinai tada turėjo spindėti prasčiau nei ketvirtasis Černobylio jėgainės blokas. “ Erdvės dalelės pavojingi, jie ateina iš visų pusių ir reikalauja bent dviejų metrų tankio ekrano aplink visus gyvus organizmus. Tačiau kosminės kapsulės, kurias NASA demonstruoja iki šiol, buvo kiek daugiau nei 4 m skersmens. Su Modlino rekomenduojamu sienų storiu astronautai net ir be jokios įrangos nebūtų į jas tilpę, jau nekalbant apie tai, kad tokioms kapsulėms pakelti nebūtų užtekę degalų. Tačiau akivaizdu, kad nei NASA vadovybė, nei astronautai, kuriuos jie pasiuntė į Mėnulį, neskaitė savo kolegos knygų ir, palaimingai nežinodami, įveikė visus spyglius kelyje į žvaigždes.

Tačiau gal iš tiesų NASA jiems sukūrė kokius nors itin patikimus skafandrus, naudodama (aišku, labai slaptą) itin lengvą nuo radiacijos saugančią medžiagą? Bet kodėl jis niekur kitur nebuvo naudojamas, kaip sakoma, taikiems tikslams? Na, gerai, jie nenorėjo padėti SSRS su Černobyliu: juk perestroika dar nebuvo prasidėjusi. Bet, pavyzdžiui, 1979 m., toje pačioje JAV, Trijų mylių salos atominėje elektrinėje įvyko didelė reaktoriaus bloko avarija, dėl kurios sugedo reaktoriaus aktyvioji zona. Taigi kodėl amerikiečių likvidatoriai nepanaudojo kosminių kostiumų, pagrįstų daug reklamuojama NASA technologija, kainuojančia ne mažiau nei 7 milijonus dolerių, kad pašalintų šią uždelsto veikimo branduolinę miną savo teritorijoje?

Nuo tada, kai pasirodė Žemėje, visi organizmai egzistavo, vystėsi ir vystėsi nuolat veikiami radiacijos. Radiacija yra tokia pat natūrali gamtos reiškinys, pavyzdžiui, vėjas, potvyniai, lietus ir kt.

Natūrali foninė spinduliuotė (NBR) buvo Žemėje visuose jos formavimosi etapuose. Ten buvo daug anksčiau nei atsirado gyvybė, o tada atsirado biosfera. Radioaktyvumas ir jį lydinti jonizuojanti spinduliuotė turėjo įtakos dabartinei biosferos būklei, Žemės evoliucijai, gyvybei Žemėje ir elementų sudėčiai. saulės sistema. Bet kuris organizmas yra veikiamas tam tikrai sričiai būdingo radiacinio fono. Iki 1940 m jį lėmė du veiksniai: radionuklidų irimas natūralios kilmės, esantis tiek tam tikro organizmo buveinėje, tiek pačiame organizme, tiek kosminiais spinduliais.

Natūralios (gamtinės) spinduliuotės šaltiniai yra erdvė ir natūralūs radionuklidai, esantys natūralios formos ir koncentracijos visuose biosferos objektuose: dirvožemyje, vandenyje, ore, mineraluose, gyvuose organizmuose ir kt. Bet kuris mus supantis objektas ir mes patys absoliučia prasme. žodžiai yra radioaktyvūs.

Pagrindinę radiacijos dozę pasaulio gyventojai gauna iš natūralių šaltinių radiacija. Dauguma jų yra tokie, kad visiškai neįmanoma išvengti jų spinduliuotės poveikio. Per visą Žemės istoriją skirtingų tipų spinduliuotė prasiskverbia į žemės paviršių iš kosmoso ir kyla iš radioaktyvių medžiagų, esančių žemės plutoje. Žmogus yra veikiamas spinduliuotės dviem būdais. Radioaktyviosios medžiagos gali būti už kūno ribų ir apšvitinti jį iš išorės (šiuo atveju kalbame apie išorinį švitinimą) arba jos gali patekti į orą, kuriuo žmogus kvėpuoja, į maistą ar vandenį ir patekti į organizmo vidų (šis švitinimo būdas vadinamas vidiniu).

Bet kuris Žemės gyventojas yra veikiamas natūralių spinduliuotės šaltinių spinduliuotės. Tai iš dalies priklauso nuo to, kur žmonės gyvena. Antžeminiai spinduliuotės šaltiniai yra bendrai atsakingi už didžiąją dalį radiacijos, kurią žmonės veikia dėl natūrali spinduliuotė. Vidutiniškai jie suteikia daugiau nei 5/6 metinės efektinės ekvivalentinės dozės, kurią gauna gyventojai, daugiausia dėl vidinės apšvitos. Likusią dalį sudaro kosminiai spinduliai, daugiausia per išorinį švitinimą.

Natūralų radiacinį foną sudaro kosminė spinduliuotė (16%) ir gamtoje išsibarsčiusių radionuklidų, esančių žemės plutoje, paviršiaus ore, dirvožemyje, vandenyje, augaluose, maiste, gyvūnų ir žmonių organizmuose (84%), sukurta spinduliuotė. Technogeninė foninė spinduliuotė daugiausia susijusi su apdorojimu ir transportavimu akmenys, deginimas anglis, nafta, dujos ir kitas iškastinis kuras, taip pat bandymai branduoliniai ginklai ir branduolinė energija.

Natūrali foninė spinduliuotė yra neatsiejamas veiksnys aplinką, kuris daro didelę įtaką žmogaus gyvenimui. Natūrali foninė spinduliuotė skirtinguose Žemės regionuose labai skiriasi. Ekvivalentinė dozė žmogaus organizme yra vidutiniškai 2 mSv = 0,2 rem. Evoliucinis vystymasis rodo, kad natūraliomis foninėmis sąlygomis sudaromos optimalios sąlygos žmonėms, gyvūnams ir augalams gyventi. Todėl, vertinant jonizuojančiosios spinduliuotės keliamus pavojus, labai svarbu žinoti įvairių šaltinių poveikio pobūdį ir lygius.

Kadangi radionuklidai, kaip ir bet kurie atomai, gamtoje sudaro tam tikrus junginius ir pagal jų cheminės savybės yra tam tikrų mineralų dalis, natūralių radionuklidų pasiskirstymas žemės plutoje yra netolygus. Kosminė spinduliuotė, kaip minėta aukščiau, taip pat priklauso nuo daugelio veiksnių ir gali skirtis kelis kartus. Taigi natūrali foninė spinduliuotė įvairiose Žemės rutulio vietose skiriasi. Su tuo yra susijęs „normalaus radiacinio fono“ sąvokos susitarimas: esant aukščiui virš jūros lygio, fonas didėja dėl kosminės spinduliuotės, tose vietose, kur į paviršių iškyla granitai ar torio turtingas smėlis, foninė spinduliuotė taip pat yra didesnė. ir pan. Todėl galime kalbėti tik apie vidutinį natūralų radiacinį foną tam tikroje vietovėje, teritorijoje, šalyje ir pan.

Vidutinė efektyvi dozė, kurią mūsų planetos gyventojas gauna iš natūralių šaltinių per metus, yra 2,4 mSv .

Maždaug 1/3 šios dozės susidaro dėl išorinės spinduliuotės (maždaug vienodai iš kosmoso ir radionuklidų), o 2/3 – dėl vidinės spinduliuotės, tai yra natūralių radionuklidų, esančių mūsų kūno viduje. Vidutinis žmogaus specifinis aktyvumas yra apie 150 Bq/kg. Natūralios foninės spinduliuotės (išorinės spinduliuotės) jūros lygiu vidurkis yra apie 0,09 μSv/val. Tai atitinka maždaug 10 µR/val.

Kosminė spinduliuotė yra jonizuojančių dalelių srautas, krentantis į Žemę iš kosmoso. Kosminės spinduliuotės sudėtis apima:

Kosminė spinduliuotė susideda iš trijų komponentų, kurie skiriasi kilme:

1) Žemės magnetinio lauko užfiksuotų dalelių spinduliuotė;

2) galaktikos kosminė spinduliuotė;

3) Saulės korpuskulinė spinduliuotė.

Įkrautų dalelių spinduliavimas, užfiksuotas Žemės magnetinio lauko – 1,2-8 atstumu žemės spinduliai yra vadinamosios spinduliuotės juostos, kuriose yra protonų, kurių energija yra 1-500 MeV (dažniausiai 50 MeV), elektronų, kurių energija yra apie 0,1-0,4 MeV, ir nedidelis kiekis alfa dalelių.

Junginys. Galaktikos kosminiai spinduliai daugiausia susideda iš protonų (79 %) ir alfa dalelių (20 %), atspindinčių vandenilio ir helio gausą Visatoje. Iš sunkiųjų jonų didžiausią reikšmę turi geležies jonai dėl gana didelio intensyvumo ir didelio atominio skaičiaus.

Kilmė. Galaktikos kosminių spindulių šaltiniai yra žvaigždžių blyksniai, supernovos sprogimai, pulsaro pagreitis, galaktikos branduolių sprogimai ir kt.

Gyvenimo laikas. Kosminės spinduliuotės dalelių gyvenimo trukmė yra apie 200 milijonų metų. Dalelių uždarymas vyksta dėl tarpžvaigždinės erdvės magnetinio lauko.

Sąveika su atmosfera . Į atmosferą patekę kosminiai spinduliai sąveikauja su azoto, deguonies ir argono atomais. Dalelės su elektronais susiduria dažniau nei su branduoliais, tačiau didelės energijos dalelės praranda mažai energijos. Susidūrimo su branduoliais metu dalelės beveik visada pašalinamos iš srauto, todėl pirminė spinduliuotė susilpnėja beveik vien dėl branduolinių reakcijų.

Kai protonai susiduria su branduoliais, neutronai ir protonai išmušami iš branduolių ir vyksta branduolio dalijimosi reakcijos. Susidariusios antrinės dalelės turi didelę energiją ir pačios sukelia tokias pačias branduolines reakcijas, t.y., susidaro visa reakcijų kaskada, susidaro vadinamasis platus atmosferinis dušas. Viena didelės energijos pirminė dalelė gali sukelti dešimties kartų iš eilės vykstančių reakcijų, gaminančių milijonus dalelių.

Nauji branduoliai ir nukleonai, sudarantys branduolinį aktyvųjį radiacijos komponentą, daugiausia susidaro viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Apatinėje jo dalyje branduolių ir protonų srautas gerokai susilpnėja dėl branduolinių susidūrimų ir tolesnių jonizacijos nuostolių. Jūros lygyje jis sukuria tik kelis procentus dozės galios.

Kosmogeniniai radionuklidai

Dėl branduolinių reakcijų, vykstančių veikiant kosminiams spinduliams atmosferoje ir iš dalies litosferoje, susidaro radioaktyvūs branduoliai. Iš jų didžiausią indėlį kuriant dozę įneša (β spinduliuotės: 3 H (T 1/2 = 12,35 metų), 14 C (T 1/2 = 5730 metų), 22 Na (T 1/2 = 2,6 metų) – patekęs į žmogaus organizmą su maistu, kaip matyti iš pateiktų duomenų, didžiausią indėlį į radiaciją įneša anglis-14 Suaugęs žmogus per metus su maistu suvartoja ~ 95 kg.

Saulės spinduliuotė, susidedantis iš elektromagnetinės spinduliuotės iki rentgeno spindulių diapazono, protonų ir alfa dalelių;

Išvardytos spinduliuotės rūšys yra pirminės, jos beveik visiškai išnyksta maždaug 20 km aukštyje dėl sąveikos su viršutiniai sluoksniai atmosfera. Tokiu atveju susidaro antrinė kosminė spinduliuotė, kuri pasiekia Žemės paviršių ir veikia biosferą (taip pat ir žmogų). Antrinė spinduliuotė apima neutronus, protonus, mezonus, elektronus ir fotonus.

Kosminės spinduliuotės intensyvumas priklauso nuo kelių veiksnių:

Galaktikos spinduliuotės srauto pokyčiai,

Saulės veikla,

Geografinė platuma,

Aukštis virš jūros lygio.

Priklausomai nuo aukščio, kosminės spinduliuotės intensyvumas smarkiai padidėja.

Žemės plutos radionuklidai.

Ilgaamžiai (pusėjimo trukmė milijardai metų) izotopai, kurie mūsų planetos egzistavimo metu neturėjo laiko suirti, yra išsibarstę žemės plutoje. Greičiausiai jie susiformavo kartu su Saulės sistemos planetų formavimu (santykinai trumpalaikiai izotopai visiškai suiro). Šie izotopai vadinami natūraliais radioaktyviosios medžiagos, tai reiškia tuos, kurie susiformavo ir nuolat formuojasi iš naujo be žmogaus dalyvavimo. Skildami jie sudaro tarpinius, taip pat radioaktyvius, izotopus.

Išoriniai šaltiniai radiacija yra daugiau nei 60 natūralių radionuklidų, randamų Žemės biosferoje. Gamtoje esančių radioaktyvių elementų randama santykinai mažas kiekis visuose Žemės apvalkaluose ir šerdyje. Ypatinga reikšmėžmonėms turi radioaktyvių biosferos elementų, t.y. ta Žemės apvalkalo dalis (lito-, hidro- ir atmosfera), kurioje yra mikroorganizmai, augalai, gyvūnai ir žmonės.

Milijardus metų vyksta nuolatinis procesas radioaktyvus skilimas nestabilūs atominiai branduoliai. Dėl to bendras Žemės medžiagos ir uolienų radioaktyvumas palaipsniui mažėjo. Santykinai trumpaamžiai izotopai visiškai suiro. Išsaugoti daugiausia elementai, kurių pusėjimo trukmė matuojama milijardais metų, taip pat santykinai trumpaamžiai antriniai radioaktyvaus skilimo produktai, sudarantys nuoseklias virsmų grandines, vadinamąsias radioaktyviųjų elementų šeimas. Žemės plutoje natūralūs radionuklidai gali būti daugiau ar mažiau tolygiai pasiskirstę arba susikaupę nuosėdų pavidalu.

Natūralūs (natūralūs) radionuklidai galima suskirstyti į tris grupes:

Radionuklidai, priklausantys radioaktyviosioms šeimoms (serija),

Kiti (nepriklausantys radioaktyviosioms šeimoms) radionuklidai, kurie planetai formuojantis tapo žemės plutos dalimi,

Radionuklidai susidarė veikiant kosminei spinduliuotei.

Formuojantis Žemei radionuklidai kartu su stabiliais nuklidais taip pat tapo jos plutos dalimi. DaugumaŠie radionuklidai priklauso vadinamosioms radioaktyviosioms šeimoms (serijai). Kiekviena serija vaizduoja nuoseklių radioaktyviųjų virsmų grandinę, kai branduolys, susidaręs irstant pradiniam branduoliui, taip pat savo ruožtu suyra, vėl generuodamas nestabilų branduolį ir pan. Tokios grandinės pradžia yra radionuklidas, kuris nesusidaro. iš kito radionuklido, bet yra žemės plutoje ir biosferoje nuo pat jų gimimo momento. Šis radionuklidas vadinamas protėviu ir jo vardu pavadinta visa šeima (serija). Iš viso gamtoje yra trys protėviai - uranas-235, uranas-238 ir toris-232, ir atitinkamai trys radioaktyvios serijos - du uranas ir toris. Visos serijos baigiasi stabiliais švino izotopais.

Dauguma ilgas laikotarpis Torio pusinės eliminacijos laikas yra 14 milijardų metų, todėl jis beveik visiškai išsilaikė nuo pat Žemės atsiradimo. Didelė dalis urano-238 skilimo, didžioji dauguma urano-235 suskilo, o neptūno-232 izotopas visiškai suskyla. Dėl šios priežasties žemės plutoje yra daug torio (beveik 20 kartų daugiau nei urane), o urano-235 yra 140 kartų mažiau nei urano-238. Kadangi ketvirtosios šeimos protėvis (neptūnas) po Žemės susikaupimo visiškai iširo, uolienose jo beveik nėra. Neptūnio buvo rasta nedideliais kiekiais urano rūdos. Tačiau jo kilmė yra antrinė ir atsiranda dėl urano-238 branduolių bombardavimo kosminių spindulių neutronais. Neptūnas dabar gaminamas naudojant dirbtines branduolines reakcijas. Ekologui tai neįdomu.

Apie 0,0003 % (įvairiais šaltiniais 0,00025-0,0004 %) žemės plutos sudaro uranas. Tai yra, viename kubiniame metre įprasto dirvožemio yra vidutiniškai 5 gramai urano. Yra vietų, kur šis kiekis tūkstančius kartų didesnis – tai yra urano telkiniai. Kubiniame metre jūros vandens yra apie 1,5 mg urano. Šis natūralus cheminis elementas yra atstovaujama dviem izotopais -238U ir 235U, kurių kiekvienas yra savo radioaktyviųjų serijų protėvis. Didžioji dalis gamtinio urano (99,3%) yra uranas-238. Šis radionuklidas yra labai stabilus, jo skilimo (būtent alfa skilimo) tikimybė labai maža. Šiai tikimybei būdingas 4,5 milijardo metų pusinės eliminacijos laikas. Tai yra, nuo mūsų planetos susiformavimo jos kiekis sumažėjo perpus. Iš to, savo ruožtu, išplaukia, kad foninė spinduliuotė mūsų planetoje anksčiau buvo didesnė. Radioaktyviųjų virsmų grandinės, generuojančios natūralius urano serijos radionuklidus:

Radioaktyvioji serija apima abu ilgaamžius radionuklidus (ty radionuklidus su ilgas laikotarpis pusinės eliminacijos laikas) ir trumpalaikiai, tačiau visi serijos radionuklidai egzistuoja gamtoje, net ir tie, kurie greitai suyra. Taip yra dėl to, kad laikui bėgant susidarė pusiausvyra (vadinamoji „pasaulietinė pusiausvyra“) - kiekvieno radionuklido skilimo greitis yra lygus jo susidarymo greičiui.

Yra natūralių radionuklidų, kurie pateko į žemės plutą formuojantis planetai ir kurie nepriklauso urano ar torio serijai. Visų pirma, tai yra kalis-40. 40 K kiekis žemės plutoje yra apie 0,00027% (masės), pusinės eliminacijos laikas yra 1,3 milijardo metų. Dukterinis nuklidas kalcis-40 yra stabilus. Kalis - 40 colių reikšminga suma Tai yra augalų ir gyvų organizmų dalis ir labai prisideda prie bendros žmogaus vidinės spinduliuotės dozės.

Natūraliame kalyje yra trys izotopai: kalis-39, kalis-40 ir kalis-41, iš kurių tik kalis-40 yra radioaktyvus. Šių trijų izotopų kiekybinis santykis gamtoje atrodo taip: 93,08%, 0,012% ir 6,91%.

Kalis-40 skyla dviem būdais. Apie 88% jo atomų patiria beta spinduliuotę ir tampa kalcio-40 atomų. Likę 12% atomų, patyrę K gaudymą, virsta argono-40 atomų. Kalio-argono metodas absoliučiam uolienų ir mineralų amžiui nustatyti yra pagrįstas šia kalio-40 savybe.

Trečiąją natūralių radionuklidų grupę sudaro kosmogeniniai radionuklidai. Šie radionuklidai susidaro veikiant kosminei spinduliuotei iš stabilių nuklidų dėl branduolinių reakcijų. Tai yra tritis, berilis-7, anglis-14, natris-22. Pavyzdžiui, tričio ir anglies-14 susidarymo iš azoto branduolinės reakcijos veikiant kosminiams neutronams:

Anglis užima ypatingą vietą tarp natūralių radioizotopų. Natūrali anglis susideda iš dviejų stabilūs izotopai, tarp kurių vyrauja anglis-12 (98,89%). Likusi dalis yra beveik visiškai anglies-13 (1,11%).

Be stabilių anglies izotopų, žinomi dar penki radioaktyvūs. Keturių iš jų (anglies-10, anglies-11, anglies-15 ir anglies-16) pusinės eliminacijos laikas yra labai trumpas (sekundės ir sekundės dalys). Penktojo radioizotopo, anglies-14, pusinės eliminacijos laikas yra 5730 metų.

Gamtoje anglies-14 koncentracija yra itin maža. Pavyzdžiui, šiuolaikiniuose augaluose yra vienas šio izotopo atomas kiekvienam 10 9 anglies-12 ir anglies-13 atomams. Tačiau atsiradus atominiams ginklams ir branduolinėms technologijoms anglis-14 gaminama dirbtinai, lėtiesiems neutronams sąveikaujant su atmosferos azotu, todėl jos kiekis nuolat auga.

Yra tam tikras susitarimas dėl požiūrio, koks fonas laikomas „normaliu“. Taigi, kai „planetos vidutinė“ metinė efektinė dozė vienam žmogui yra 2,4 mSv, daugelyje šalių ši vertė yra 7-9 mSv per metus. Tai yra, nuo neatmenamų laikų milijonai žmonių gyveno natūralių dozių apkrovų sąlygomis, kurios kelis kartus viršija statistinį vidurkį. Medicininiai tyrimai o demografinė statistika rodo, kad tai jų gyvenimui niekaip neįtakoja, neturi neigiamą įtaką apie jų ir savo palikuonių sveikatą.

Kalbėdami apie „normalaus“ natūralaus fono sąvokos susitarimus, taip pat galime nurodyti keletą planetos vietų, kur lygis natūrali spinduliuotė viršija statistinį vidurkį ne tik kelis, bet ir dešimtis kartų (lentelė), su šiuo poveikiu susiduria dešimtys ir šimtai tūkstančių gyventojų. Ir tai taip pat yra norma, tai taip pat neturi įtakos jų sveikatai. Be to, daugelis vietovių su padidėjusia fonine radiacija šimtmečius buvo masinio turizmo vietos (jūrų pakrantės) ir pripažinti kurortai (Kaukazo mineraliniai vandenys, Karlovy Varai ir kt.).

Kosmosas yra radioaktyvus. Nuo radiacijos tiesiog neįmanoma pasislėpti. Įsivaizduokite, kad stovite viduryje smėlio audros, o aplink jus nuolat sukasi mažų akmenukų sūkurys, žeidžiantis odą. Taip atrodo kosminė spinduliuotė. Ir ši spinduliuotė daro didelę žalą. Tačiau problema ta, kad skirtingai nei akmenukai ir žemės gabalėliai jonizuojanti spinduliuotė neatšoka nuo žmogaus kūno. Per ją eina kaip patrankos sviedinys per pastatą. Ir ši spinduliuotė daro didelę žalą.

Praėjusią savaitę mokslininkai iš medicinos centras Ročesterio universitetas paskelbė tyrimą, rodantį, kad ilgalaikis galaktikos spinduliuotės poveikis, kuriuo gali būti veikiami astronautai Marse, gali padidinti Alzheimerio ligos riziką.

Skaitant žiniasklaidos pranešimus apie šį tyrimą, man buvo įdomu. Mes siunčiame žmones į kosmosą daugiau nei pusę amžiaus. Turime galimybę sekti visą astronautų kartą – kaip šie žmonės sensta ir miršta. Ir nuolat stebime šiandien į kosmosą skrendančių sveikatos būklę. Moksliniai darbai, kaip ir Ročesterio universitete, atliekami su laboratoriniais gyvūnais, pavyzdžiui, pelėmis ir žiurkėmis. Jie skirti padėti mums pasiruošti ateičiai. Bet ką mes žinome apie praeitį? Ar radiacija paveikė žmones, kurie jau buvo kosmose? Kaip tai veikia tuos, kurie šiuo metu yra orbitoje?

Yra vienas esminis skirtumas tarp astronautų šiandien iš ateities astronautų. Skirtumas yra pati Žemė.

Galaktinė kosminė spinduliuotė, kartais vadinama kosmine spinduliuote, kelia didžiausią tyrėjų susirūpinimą. Jį sudaro dalelės ir atomų gabalėliai, kurie gali atsirasti dėl susidarymo supernova. Didžiąją šios spinduliuotės dalį, maždaug 90%, sudaro protonai, atplėšti nuo vandenilio atomų. Šios dalelės per galaktiką skrenda beveik šviesos greičiu.

Ir tada jie atsitrenkia į Žemę. Mūsų planeta turi keletą gynybos mechanizmų, kurie apsaugo mus nuo kosminės spinduliuotės poveikio. Pirma, Žemės magnetinis laukas atstumia kai kurias daleles, o kitas visiškai blokuoja. Šį barjerą įveikusios dalelės pradeda susidurti su mūsų atmosferos atomais.

Jei nusileisi laiptais didelis bokštas, pastatytas iš Lego dalių, jis sutrupės į mažus gabalėlius, kurie nuo jo nuskris kiekviename naujame žingsnyje. Maždaug tas pats vyksta mūsų atmosferoje ir su galaktikos spinduliuote. Dalelės susiduria su atomais ir skyla, sudarydamos naujas daleles. Šios naujos dalelės vėl atsitrenkia į kažką ir vėl subyra. Su kiekvienu žingsniu jie praranda energiją. Dalelės sulėtėja ir palaipsniui silpnėja. Tuo metu, kai jie „sustabdo“ Žemės paviršiuje, jie nebeturės galingo galaktinės energijos rezervo, kurį turėjo anksčiau. Ši spinduliuotė yra daug mažiau pavojinga. Mažas Lego gabalas atsitrenkia daug silpniau nei iš jų surinktas bokštelis.

Visiems tiems astronautams, kuriuos išsiuntėme į kosmosą, apsaugines kliūtisŽemės padėjo įvairiais būdais, bent iš dalies. Francis Cucinotta man papasakojo apie tai. Jis - mokslinis vadovas NASA programa, skirta ištirti radiacijos poveikį žmonėms. Tai yra tas žmogus, kuris gali pasakyti, kokia žalinga spinduliuotė yra astronautams. Anot jo, žmogus, išskyrus Apolono skrydžius į Mėnulį, yra kosmose veikiamas Žemės magnetinio lauko. Tarptautinė kosminė stotis Pavyzdžiui, yra virš atmosferos, bet vis tiek giliai pirmajame gynybos ešelone. Mūsų astronautai nėra visiškai veikiami kosminės spinduliuotės.

Be to, tokioje įtakoje jie būna gana trumpą laiką. Ilgiausias skrydis į kosmosą truko šiek tiek daugiau nei metus. Ir tai svarbu, nes radiacijos žala turi kumuliacinį poveikį. Jūs rizikuojate daug mažiau, kai praleisite šešis mėnesius TKS, nei leisdamiesi į (vis dar teorinę) kelių metų kelionę į Marsą.

Tačiau Cucinotta man pasakė, kad įdomu ir gana nerimą kelia tai, kad net ir esant visiems šiems apsaugos mechanizmams, matome, kad radiacija neigiamai veikia astronautus.

Labai nemalonus dalykas yra katarakta – akies lęšiuko pakitimai, sukeliantys drumstumą. Kadangi drumstas lęšis patenka į žmogaus akį mažiau šviesos, žmonės su katarakta mato blogiau. 2001 m. Cucinotta ir jo kolegos išnagrinėjo vykstančio astronautų sveikatos tyrimo duomenis ir padarė išvadą. prie tokios išvados. Astronautai, kurie buvo paveikti didesne radiacijos doze (dėl to, kad jie daugiau skrido kosmose arba dėl savo misijų pobūdžio*), turėjo daugiau šansų dėl kataraktos išsivystymo nei tie, kurie gavo mažesnę radiacijos dozę.

Tikriausiai yra ir padidėjusi vėžio rizika, nors kiekybiškai ir tiksliai šią riziką išanalizuoti sunku. Faktas yra tai, kad mes neturime epidemiologinių duomenų apie tai, kokio tipo spinduliuotę veikia astronautai. Žinome vėžio atvejų skaičių po to atominis bombardavimas Tačiau Hirosimoje ir Nagasakyje ši spinduliuotė nepalyginama su galaktikos spinduliuote. Visų pirma, Cucinotta labiausiai nerimauja dėl aukšto dažnio jonų – didelio atominio, didelės energijos dalelių.

Tai labai sunkios dalelės ir jos labai greitai juda. Žemės paviršiuje jų poveikio nepatiriame. Jos išsijojamos, sulėtinamos ir suskaidomos į dalis gynybos mechanizmai mūsų planetos. Tačiau VHF jonai gali sukelti daugiau žalos ir žala yra įvairesnė nei radiologams pažįstama radiacija. Tai žinome, nes mokslininkai lygina astronautų kraujo mėginius prieš ir po skrydžio į kosmosą.

Cucinotta tai vadina patikrinimu prieš skrydį. Mokslininkai paima kraujo mėginį iš astronauto prieš išeidami į orbitą. Kai astronautas yra kosmose, mokslininkai padalija paimtą kraują į dalis ir veikia jį įvairaus laipsnio gama spinduliuote. Tai tarsi žalinga spinduliuotė, su kuria kartais susiduriame Žemėje. Tada, kai astronautas grįžta, jie lygina šiuos gama spindulių kraujo mėginius su tuo, kas iš tikrųjų jam atsitiko kosmose. „Matome du ar tris kartus skirtumus tarp skirtingų astronautų“, – pasakojo Cucinotta.