Frage:
Welche Materialien bieten den besten Schutz vor kosmischer Strahlung?
Gwen
2013-07-18 21:17:02 UTC
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Für bemannte Fernmissionen wie eine Mission zum Mars müssen wir Astronauten unweigerlich vor kosmischer Strahlung schützen, insbesondere im Falle einer Sonneneruption oder einer SEP. Welche Materialien bieten den besten Schutz vor den Arten von hochenergetischer kosmischer Strahlung, denen Astronauten auf diesen Reisen ausgesetzt wären?

Nach meinem Verständnis hat der Mars keinen Eisenkern und somit keine magnetische Abschirmung, so dass es nur ein Teil des Problems wäre, dorthin zu gelangen. Eine nachhaltige Besiedlung scheint unmöglich zu sein.
@Rick Die Abschirmung gegen Strahlung ist kein unlösbares Problem. Vielleicht denkst du über Terraforming nach? Wenn ja, gibt es dort auch mögliche Lösungen, die aber sicherlich über unsere derzeitigen Möglichkeiten hinausgehen.
Fünf antworten:
#1
+20
Robert Mason
2013-07-18 21:34:19 UTC
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Es gibt eine ziemlich gute Wikipedia-Seite, auf der einige Optionen aufgeführt sind:

  • Wasser sorgt für eine ziemlich gute Strahlenabschirmung (wird auch mit landgestützter Strahlung diskutiert hier), ist aber relativ schwer und wird während des Fluges verbraucht.
  • Flüssiger Wasserstoff ist ebenfalls gut und wird als Treibstoff verwendet, sodass er bereits an Bord ist. Dies wird jedoch auch während des Fluges verbraucht.
  • Wir könnten die Materialien ändern, aus denen Raumfahrzeuge hergestellt sind. Da wasserstoffreiche Materialien gut funktionieren, um die häufigsten Arten kosmischer Strahlung abzuschirmen, könnten einige Kunststoffe funktionieren. Dies würde jedoch einige Umgestaltungen erfordern, um praktisch zu sein.
  • Wie JKor sagte, funktioniert menschlicher Abfall gut, hat aber "Grobheit" -Probleme. Dies ist jedoch insofern einzigartig, als es im Laufe des Fluges eher zunimmt als abnimmt, so dass es flüssigen Wasserstoff und Wasser ergänzen kann.

Eines der größten Probleme beim Aufbringen einer zusätzlichen Abschirmung besteht darin, dass dies der Fall ist neigt dazu, schwer zu sein und mehr Gewicht == mehr Kosten.

Die Wikipedia-Seite erwähnt aktive magnetische Abschirmung, aber das ist an dieser Stelle meistens eine theoretische Idee.

Abschirmung ist wichtig für Auch unbemannte Missionen (wenn auch nicht so häufig), da Strahlung Auswirkungen auf Computersysteme haben kann, indem sie die magnetische Speicherung stören - siehe diesen National Geographic-Artikel und diese NASA-Pressemitteilung für Eine Instanz eines solchen Ereignisses ereignet sich auf Voyager 2.

#2
+14
Jon
2015-06-03 04:04:25 UTC
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In Bezug auf mögliche Reisen in unserem eigenen Sonnensystem gibt es zwei allgemeine Arten von Strahlung, die uns Sorgen machen!

Die erste Art von Strahlung ist Sonnenstrahlung, die hauptsächlich aus niedrigen bis mittleren Strahlen besteht. Energieprotonen, Elektronen und Röntgenstrahlen von unserem eigenen Stern. Wir würden die Protonen mit niedermolekularen Materialien abschirmen. Typischerweise werden dafür wasserstoffhaltige Materialien wie Lithiumhydrid verwendet, weil sie die Protonen sowie Neutronen, die aus zukünftigen Reaktoren stammen könnten, wirksam stoppen und weil sie so leicht sind. Die Elektronen und Photonen (Röntgenstrahlen) werden am besten mit Materialien mit hohem Z-Wert gestoppt. High-Z-Materialien bestehen aus Elementen mit vielen Elektronen pro Atom. Während Materialien mit hohem Z verwendet werden, um Elektronen und Photonen zu stoppen, sind sie auch nützlich, um andere geladene Teilchen zu stoppen, um die Unterstützung von Protonen einzuschließen.

Die zweite Art von Strahlung sind Galactic Cosmic Rays (GCRs). GCRs sind typischerweise sehr energiereiche massive Partikel wie Kohlenstoff- und Eisenatome. Aufgrund ihrer energetischen Natur und der Masse dieser Partikel sind sie sehr schwer zu stoppen. Das Stoppen von GCRs erfordert dicke Schichten von Materialien mit hohem Z-Gehalt, die typischerweise dicht und schwer sind. Schwere Abschirmungen sind teuer und schwer in den Weltraum zu bringen. Ich werde nicht so weit gehen zu sagen, dass wir nicht gegen GCRs abschirmen können, aber ich werde sagen, dass das Gewicht moderner Abschirmmaterialien den Anschein erweckt, als ob aktuelle Ansätze zur GCR-Abschirmung nicht praktikabel sind.

Unser Stern ist ein Typ-G-Hauptsequenzstern, der im Kern Helium durch Proton-Proton-Fusion produziert. Aufgrund der Dynamik der Fusion in unserem Stern sind ionisierte Heliumnuklide das Hauptprodukt dieser Fusion. Ein Teil des aus der Proton-Proton-Fusion hergestellten Heliums wird jedoch selbst fusioniert, wodurch Kohlenstoff entsteht. Wenn Sterne massereicher werden, verschmelzen sie schwerere Elemente, die in den Weltraum ausgestoßen werden können. Eisen-56 ist das schwerste Element, das aus traditionellen Sternen hergestellt werden kann, wobei die schwersten Elemente durch viel energiereichere Ereignisse wie eine Supernova erzeugt werden.

Die Energie, die durch die Fusion dieser Isotope erzeugt wird, ionisiert Gase in der Nähe des Randes unseres Sterns und erzeugt reichlich Protonen und Elektronen, die während des Ausstoßes koronaler Massen in den Weltraum geschleudert werden. Numerisch gesehen liegt der Großteil der Strahlung unseres Sterns sowie anderer Sterne in Form von Protonen, Elektronen und Photonen mit geringeren Mengen schwerer Nuklide vor. Statistisch gesehen ist es umso seltener, dass die Nuklide im Weltraum strömen, je schwerer sie sind. Während ich hauptsächlich über unseren Stern spreche, gilt das Gleiche für andere Sterne, unabhängig von ihrer Masse.

Andere Sterne produzieren tatsächlich Protonen, Elektronen und Photonen, die in unseren solaren Einflussbereich strömen. Diese anderen Sterne werfen jedoch Strahlung in alle Richtungen aus, wobei nur ein sehr kleiner Teil von ihnen in dem engen Kegelwinkel ausgestoßen wird, um in unser Sonnensystem zu gelangen. Ein Großteil der geladenen Strahlung anderer Sterne wird auch vom Magnetfeld der Sonne abgelenkt. Infolgedessen wurde die überwiegende Mehrheit der Protonen und Elektronen in unserem Sonnensystem von unserem Stern und nicht von anderen Sternen ausgestoßen, und diejenigen, die nicht die gleiche Energie haben wie die Protonen und Elektronen, die von unserem eigenen Stern ausgestoßen werden. Aus diesem Grund vernachlässigen wir nicht-solare Protonen und Elektronen bei unseren Berechnungen der Strahlenexposition im Wesentlichen, da sie in ihrer Wirkung auf die absorbierte Dosis vernachlässigbar sind Reisen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit haben daher einen tiefgreifenden Einfluss auf das biologische Gewebe und die Elektronik, auf die sie stoßen. Obwohl sie einen sehr kleinen Teil der gesamten Partikelzahl pro Volumeneinheit im Raum ausmachen, sind die Auswirkungen, die sie auf die absorbierte Dosis haben können, nicht vernachlässigbar. Wenn wir also von galaktischen kosmischen Strahlen sprechen, sprechen wir im Allgemeinen von energetischen Schwerionen aus außersolaren energetischen Ereignissen und nicht von Protonen und Elektronen aus normalen, alltäglichen extrasolaren Quellen.

Dies ist eine gute Antwort, aber GCRs sind immer noch hauptsächlich Protonen und Alpha-Partikel. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_ray#Types
Ich bin mir nicht sicher, ob ich im praktischen Sinne zustimme. Alpha-Teilchen werden als schwere Teilchen betrachtet, daher denke ich, dass dies im Zusammenhang mit der Definition steht, die ich angegeben habe. Der Anteil an extra-solaren Protonen in unserem eigenen Sonnensystem ist im Vergleich zu solaren Protonen vernachlässigbar und liegt je nach Sonneneinstrahlung unter dem Hintergrund-MDA Bedingungen. Die Wirkung von Helium-, Kohlenstoff- und Eisen-CGRs ist jedoch bei Dosisberechnungen und im Verhältnis zu den Hintergrundwerten sehr deutlich.
Der Wikipedia-Artikel, auf den ich verwiesen habe, gibt mir ein anderes Verständnis. Ist es genau, wenn es heißt, dass 99% der GCRs Protonen und He-Kerne sind? Wenn ja, verstehe ich nicht, wie die (noch) schwereren Partikel wichtiger sein könnten. Ich habe vorher erfolglos online nach besseren Erklärungen gesucht. Ihre Eingabe könnte möglicherweise auch in diesem Abschnitt wertvoll sein: http://space.stackexchange.com/a/8666/4660
Ich werde meinen Beitrag erweitern, um dies am besten zu beantworten, ohne auf Einschränkungen des Zeichenplatzes zu stoßen.
Kurz gesagt, dies ist eine Definition von Wissenschaft und Technik. Protonen und Elektronen sind das reichlichste Produkt aller Sterne, wobei Ionen mit geringerer Masse das nächsthöhere sind. Wenn Sie jedoch alle Partikel in unserem System addieren könnten, stammten die meisten (> 99%) von unserem Stern, sodass wir zusätzliche Solarpartikel in Kalkulationen vernachlässigen. Superschwere Ionen aus Super-Nova können jedoch nicht vernachlässigt werden. Daher speichern wir normalerweise die GCR-Definition, um diese Partikel und nicht Protonen und Elektronen aus herkömmlichen Sonnenemissionen zu beschreiben.
Die erweiterte Antwort ist sehr hilfreich - aber ich habe eine neue Frage gestellt, weil ich mich immer noch über den Unterschied wundere, den die Protonen der kosmischen Strahlung mit viel höherer Energie gegenüber denen der Sonne machen. Es scheint mir nur, dass sie bedeutsam sein müssen, obwohl sie a sind sehr winziger Teil der Protonen da draußen. Vielleicht nicht für Elektronik, sondern für Menschen? Könnte dies ein Faktor dafür sein, wie die Berechnungen derzeit durchgeführt werden?
Senden Sie mir einen Link zu Ihrer neuen Frage, ich konnte sie nicht finden.
Oh, sorry - http://space.stackexchange.com/q/9331/4660
Hey, irgendwelche Kommentare / Links zu Dichte, Dicke und Wirksamkeit?
#3
+7
JKor
2013-07-18 21:22:01 UTC
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Ein mögliches Material, das in Scientific American erwähnt wurde, ist Fäkalien. Die darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe können die Strahlung sicher absorbieren.
Die meisten Bürger würden diese Möglichkeit jedoch aufgrund des Grobheitsfaktors ablehnen (genau wie das Recycling von Wasser durch Reinigung und Desinfektion des Urins).

Wenn das funktioniert, sollten dann nicht auch gewöhnliche Kohlenwasserstoffe den Trick machen, anstatt aus Fäkalien stammen zu müssen?
Es ist sinnvoller, Fäkalien zu verwenden, da Sie dann nicht mehr Masse für die Kohlenwasserstoffe aufbringen müssen. Die in Scientific American erwähnte Idee war "mit Essen gepolstert ausgehen, mit Fäkalien gepolstert zurückkommen".
Die allgemeine Öffentlichkeit scheint damit einverstanden zu sein, dass ISS-Leute recycelten Schweiß und Urin trinken (kann nicht herausfinden, wo ich das gelesen habe :-( Ein Artikel, in dem die Öffentlichkeit erwähnt wurde, war nicht an den Errungenschaften der ISS interessiert und ignorierte sie größtenteils).
An Bord des Fahrzeugs befinden sich Fäkalien, unabhängig davon, ob sie zur Abschirmung verwendet werden oder nicht. Es muss irgendwie gespeichert werden. Warum nicht in leeren Räumen in den Wänden? Gleiches gilt für Trinkwasser und "graues" Wasser. Es wäre immer noch eine andere Abschirmung erforderlich, aber zumindest spart dies internes Volumen im Raumschiff - und möglicherweise auch die massengetrennten Tanks. Vielleicht.
#4
+3
Undo
2013-07-18 21:26:00 UTC
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Es ist die Rede davon, dass Magnete als Schutzschild vor kosmischer Strahlung verwendet werden könnten:

Astronauten, die zur Internationalen Raumstation reisen, werden durch die Erdatmosphäre vor einem Großteil dieser Strahlung geschützt sowie durch seine „Magnetosphäre“ die magnetisierte Plasmablase, die die Erde umgibt und durch ihr Magnetfeld erzeugt wird. Personen auf längeren Flügen haben diese natürliche Abschirmung jedoch nicht und sind daher einem höheren Risiko ausgesetzt.

...

Injizieren eines Überschallplasmas in ein 1,5 m langes Vakuumgefäß, das mit Magnet ausgekleidet ist Spulen mit einem Zielmagneten am anderen Ende des Gefäßes. Bamfords Team zeigte sowohl mit optischer Abbildung als auch mit einer elektromagnetischen Sonde, dass der Zielmagnet das Plasma so ablenkte, dass das den Magneten umgebende Raumvolumen fast vollständig frei von Plasmapartikeln war.

- Physikwelt. com

Ein Bild, das zeigt, wie sich das Erdmagnetfeld darum kümmert:

enter image description here

Ordentlich!

Das hört sich super an! Aber wäre das nicht zu energieintensiv, um für eine Langstreckenmission praktisch zu sein?
@Gwenn Nun, wir würden wahrscheinlich überhaupt eine Art verrückt starken Motor brauchen, oder? Außerdem müssen Sie die energetischen Auswirkungen des Starts eines mit Blei beschichteten Raumfahrzeugs berücksichtigen.
@Undo ist Ihnen etwas Neueres bekannt, das Sie [hier hinzufügen] könnten (http://space.stackexchange.com/q/20596/12102)?
@uhoh Tut mir nicht leid!
@Undo OK, Sie können diese Informationen gerne * als ergänzende Antwort * hinzufügen. Ich suche etwas Neues, aber das ist ein interessanter Hintergrund. Nur ein Gedanke.
#5
  0
Muze
2018-04-04 20:13:17 UTC
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Ich weiß, dass dies nicht so gut ist wie die meisten hier. Ich würde sagen, dass ein Luftschiff um das Schiff herum aufgeblasen und das Gas elektrifiziert werden könnte, um eine elektromagnetische Abschirmung zu erzeugen. Diese Methode ist leicht.

https://chemistry.stackexchange.com/questions/94514/can-gas-be-made-to-block-radiation-better

Was ist ein elektrifiziertes Gas? Meinst du ionisiert? Die Van-Allen-Gürtel der Erde arbeiten mit dem Magnetfeld der Erde, befinden sich jedoch außerhalb ihrer Atmosphäre.
@Uwe ein Neon oder fluoreszierendes Licht ist ein gutes Beispiel, aber vielleicht gibt es ein Gas, das nicht aufleuchtet, wenn es ionisiert bleibt und ein EM-Feld emittiert, das Strahlung blockieren kann?


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