Әсері: ғарыштық сәулелердің технологиялық және биологиялық эффектілері

Радиация кезкелген электроника мен технологиялық қоңдырғыларға және тірі жанның жасушаларына әсер етеді. Радиация деп электромагниттік толқын (фотон), бейтарап нейтрон, электр зарядталған энергетикалық бөлшек (электрон, протон,гелий ионы, альфа бөлшек д.а., кез келген химиялық элемент ионыдарын (бұдан былай оларды ауыр иондар д.а.) түсінеміз. Радиацияның әсерінен атмосфера құрамы өзгеруі мүмкін. Әсіресе ионизация ұшақтарға қатты әсерін тигізеді, өйткені электромагниттік толқындардың таралу шарттарын анықтайды. Күн жүйесінің басқа жағынан келетін ғарыштық сәулелердің үздіксіз ағымы және өтпелі ағымдар, сондай-ақ Күннен шыққан ағымдар, егер қалың атмосфера мен Жердің магнит өрісі болмаса, технологиялар мен адам өміріне үлкен қауіп төңер еді. Ғарыш райының құбылмалы шарттары, айнымалы радиоактивті қауіп тудырады.

Табиғи ғарыштық радияция аясын екі компонентаға бөлуге болады: планетаның магнитосферасындағы радиациялық белдеуде ұсталып қалатын бөлшектер және экстра-планеталы бөлшектер ұясы, құрамында электрон, протон, және барлық периодты таблицадағы химиялық элементтердің ауыр иондары. Экстра-планеталы компонента ғаламдық ғарыштық сәулелердің бөлшектер ағымынан (ҒҒC) және Күннің энергетикалық бөлшектерінен (ЭБ), күннің жарқырауларынан пайда болатың, содай-ақ Коронадан лақтырылған массалардан (КЛМ) тұрады. Бұдан былай олардың технологиялық қоңдырғыларға және тірі тіршілікпен әсерлесуін, сонымен қатар жалпы қолданылатын компьютерлік моделдерімен экстра-планеталы радиацияны бақылап, болжайтын нейтронды мониторлардың рөлін қарастырамыз.

Технологиялық әсері

Тура зиян келтірудің әртүрі бар, энергетикалық бөлшектердің ғарыш кемесіне және ұшақтарға тигізетің зияндылығы:

• Энергетикалық бөлшектер атомдарды иондап, кристалды тор ішінде тасымалдайды. Мысалы, жердің атмосферасынан тыс, орналасқан ғарыш кемесінің күндік панельі, энергетикалық бөлшектердің ығысу эффектісінен жұмыс істеу қабілеттілігін жоғалтады. Күннің энергетикалық бөлшектеріне қатысты үлкен оқиғалар, бірнеше күнге созылған, дал сондай қопарылыстар тудырады. Мұндайлар ғаламдық ғарыштық сәулелер жылында туады. Көбінде негізгі себеп – ионизация, борт электроникасының жұмысын нашарлататын. Тефлонның механикалық пен электрлік изоляциялау мүмкіндігі өзгеруі мүмкін, егер материал қатты сәулеленсе, сондай-ақ жылуды реттейтін бояуда өзреруі мүмкін. Осының бәрі қоңдырғының қажетке жарау мерзімін азайтады. Жеке жағдайда , бір ғана ионизациялаушы бөлшек, микроэлектронды қоңдырғыға өтетін, зияның тигізеді. Электрон-тесік құраған жұп, энергетикалық бөлшек әсерінен, электр тармағын бұза алады. Бұзылудың жеке жағдайы негізінен, бірінші ретті ғарыштық сәулелердің ауыр иондары мен екінші ретті атмосферадағы пайда болған бөлшектер тудырады. Олар борттағы компьютерлерге қате бұйрықтар беруді генерациялай алады, ол кезде реле, кірістегі белгілерге жауап бере алмайтын, аномаль жағдайда болады. SEE-нің ең жаман жағдайы – жандырып жіберу, ол паразитті электр тоғының қайтымсыз зыянкестігі.
• Энергетикалық электрондар да түрлі бұзылулар тудырады, олар ғалым кемесіне кіргенде, өзінің энергиясын электр зарядына ауыстыра отырып, бір сәтте , разряд пайда болуы мүмкін, ол датчик пен құралдарға, әсер етіп, материалдарды эрозияға ұшыратады. Кіру тереңдігі мен зиян келу аймағы бөлшектің энергиясына тәуелді. Мұнымен күресудің жолы, ол құрылғылардың материалдарын қарастыру, яғни түрлі зиянкесті бөлшектерге қарсы тұра алатын болуы қажет. Ұсынылған қорғаныс түрі, бөлшектердің қарқындылығының ұзақ мерзімдік болжауларына байланысты, соның ішінде Күн оқиғалар санына, яғни Күн цикылының фазасына байланысты. Дәлдік пен болжау, жеке спутниктердің шарттарын анықтау үшін пайдасы тиер еді. Бірақ ғарыш райы, әсіресе бөлшектер ағымы үнемі ауысып тұрады, кейбір қиын периодтарда ғарыш кемесін ұшыру, сияқты, қимылдарынан сақтанған жөн.

Ғарыштағы үйектік ендікке тек қана энергетикалық бөлшектер әсер етіп қоймайды, Жер атмосферасында пайда болатын, оның күйін өзертетіңдіктен екінші ретті бөлшектерде, Жердің магнит өрісімен қорғанысы аз болатын үйек аумағында, ықпал етеді. Энергиясы төмен көптеген протондар, жер бетінен 50-70 км үйектегі ионосфераны иондайтын. Бұл эффект үйек малақайының жұтылуы д.а. (РСА), себебі күшейтілген ионизация - күшейтілген төмен жиілікті электромагниттік толқындардың жұтылуына әкеледі. Мұндайлар төмен жиілік ұшу аспаптарымен байланыста қолданылады. Азаматтық ұшақтар ұшу биіктігін, өткен 2005 жылғы қантарында болған, Күн оқиғаларында, бақылау станцияларымен байланысты үзбеу үшін, төмендеткен болатын. Жердің магнитосферасы үнемі қорғаныс құралы бола алмайды. Оның өзі қауіп туғызуы мүмкін. Күн желі жүйеге үздіксіз энергия тасымалдайды, оны жарылыс « магни-тосфералық субдауыл» д.а. түрінде шығарады. Электронды ағым магнитосфера аймағында, осы оқиғалар кезінде пайда болған, байланыс спутниктерінде ғарыштық разрядтар тудырады. Мұндай оқиғалар Күн белсенділігі аса үлкен болмаған кезде, Күн желі, тәж тесіктерінен жылдам ағыммен келетін, ерекше Жер магнитосферасына энергияны көп береді.

Биологиялық әсері

Энергетикалық бөлшектер адам денсаулығына потенциалды қауіп әкеледі, өйткені олар организм жасушаларын бұзуы мүмкін: бөлшек жасушамен әсерлесіп, өзінің энергиясының бір бөлігін береді, жасушаны құрайтын молекула электрондарымен әсерлеседі. Бұл әрекет нәтижесі бөлшектер түрі мен энергиясына байланысты (протон, ион, электрон, нейтрон, фотон). Кез келген моллекуллаға тигізген зияндық, әсіресе ДНК, болашақ ұяшықтарға әсер етуі мүмкін. Ұяшықтың құрылымы мен даму бағытындағы бөлінулеріне де зиянды. Өз кезегінде жасушаның дұрыс функцияламауы мүшелер мен өзі құрайтың тканьдердің өзгеруіне әкелуі ғажап емес.

• Зақымдалан жасуша өзін қалыпқа келтіре алады. Егер олай істей алмаса ол өледі. Егер шамадан тыс жасуша өлетін болса, тірі организм мүшесі өзінің қалыпты жұмысын тоқтатады.
• Егер жасуша толық қалыпқа келе алмаса, санаулы рет қана бөліне алса, онда өзі тудырған зақымдарды жасушаларға беріп жіберуі мүмкін. Тағыда осындай жасушалардын дұрыс жұмыс істемеуінен, ағзаға үлкен зиян келеді. Бұзылған жасушалар, қалайда тірі қалатын, рак жасушаларын көзі болуы әбден мүмкін.

Сондықтанда, ғарыштық радиация өмір сүретін тірі организмдер үшін, екі түрлі қауіп төңдіреді:

• Жоғары радиациялық доза – денсаулық пен адам өміріне негізгі қауіп төндіруші. Бұл жер магнитосферасынан тыс, ғарыштық ұшудағы адам өмірінеде қауіпті. Сондықтан, Күн жарқыраулары Ай мен Марсқа ұшып барудағы ең үлкен қауіп. 1972 жылдын 4 тамызында, Аполлонның Айға ұшу периодында, үлкен күн оқиғасы болды. Егер ол ұшу іске асыруды дамыту кезенінде болмағанда, бұл оқиғаның қайғылы ақыры болар ма еді? Сондықтан астронавтын қауіпсіздігі, болашақ ғарыштық ұшулар үшін негізгі мәселе.
• Төмен радиациялық доза мүмкін ешқандай жылдам нәтижелі қауіп төндірмеседе, ұзақ сәулеленуге ұшырау қауіпті. Ғарыштық топтар мен ұшақтар, Жердің атмосферасында, радияция аясы жоғары, бірнеше рет ұшып өтетін, осы жағдайда болады.

Карта радиациялық дозаларды көрсетеді, ол Ресейдің МИР станциясында Nausicaa эксперименті, CNES француз ғарыш агенттігінің, 1989 жылдың қазан айында, Күн оқиғаларының күшейтілген радиациялық әсері кезінде түсірілген. Шеңбердің диаметрі доза мөлшерін береді. МИР орбитасы, 420 км биіктікте, Жер экваторына қарағанда, енкіштігі 510 , Канаданың үстіндегі магнит үйегінің және Австралияның Тынық мұхитынын үстінен станциясы жүргізілген. Сол жерлерде алынған радиациялық доза, басқа ендіктерден әлдеқайда көп, магнит өрісі әлсіз оңтүстік Атлант мұхитың ескермегенде. Онда радиациялық дозалардың ұлғайуы Күн оқиғаларына байланысты өзгермейді, онда Жердің магнит өрісімен циркуляцияланатын бөлшектер әсерінен ұлғаяды.

Ғарыштық сәулелерден туатын радиациялық доза

Адам денсаулығының эффектісі, радиацияға ұшырағаннан кейінгі, тек қана ткань жұтқан энергияға ғана байланысты емес (бөлшектер ағыны неғұрлым күшті болса, соғұрлым энергия көп жұтылады), ол бөлшектердің түрлілігіне , энергиясына және жұтқан мүшеге байланысты. Мысалы: ренттген сәулесі энергияны біртекті енгізеді, ол кезде нейтрондардың жұту энергиясы жайылтпаушылық танытады, ядроның тканьмен әсерлесуіне байланысты. Нейтрондар энергиясы жоғары протонға қарағанда, көбірек зиян келтіреді, электрон немесе гамма-сәуле. Радиациялық доза, ғарыш станциялар бортындағы қызметкерлердің және ұшқыштардын алатын, әр уақытта, бақылауда болуы керек. Радиациялық ая төмен болсада олардын жинақталған радиациялық дозасы бақылануы қажет. Ұзақ уақыт сәулеленудің жинақталған эффектісінің, төмен радиациялық аядағы, өлшем бірлігі – Зиверт (шведтін физигі, 1896-1966, Рольф Зиверт) д.а. Ол барлық радиациялық дозаның біріктірілген көрсеткіші, яғни адамның әрбір мүшесінің жұтқан радиациясының қосындысы. Бөлшектердің түрі мен мүшелердің сезімталдығына тәуелді.

Кейбір радиациялық дозаның мысалдары.

• Жердегі қоршаған ортаның радиоактивтілігіне байланысты табиғи доза бір жылда орта есеппен 2,4 мЗв (1 мСв = 1 милий Sievert) құрайды, бұл әртүрлі аймақтар арасында негізгі айырмашылыққа байланысты. Теңіз деңгейінде ғарыштық сәулелердің үлесі шамамен 0,3 мЗв құрайды.
• Медициналық радиография кезінде алынған сәулелену дозалары радиографияның түріне байланысты 0,1-ден бірнеше ондаған мСв-ға дейін болады.
• Галактикалық ғарыштық сәулелерден трансатлантикалық рейс (Еуропа-Солтүстік Америка) кезінде алынған типтік доза - 0,05 мЗв. Бұл күн энергиясы бөлшектерінің оқиғасы арқылы айтарлықтай күшейе түседі (оқиғаға максималды әсер ету жағдайында 10 факторға дейін жақсартулар бар, бірақ бұл оқиғалар жеткілікті түрде сирек кездесетін және қысқа мерзімде дозаның негізінен өзгертілмейтіндігі). Әуе крандары мен жиі ұшатын флайерлер жылына бірнеше мкв мөлшерінде жинақталуы мүмкін.
• Авиакомпаниялар енді кез-келген жұмысшы секілді 5 жыл ішінде 100 мЗв-дан жоғары доза, бұл жылына максимум 50 мЗв болатын әуе кемелерінің экипаж мүшелеріне келмейтінін тексерудің заңды талаптары бар. Жүкті әуе экипажы, ұрық көп ұшыраған кезде, жүктілік мерзімі аяқталғанға дейін 1 мЗв-нан көп қабылдамауы керек.
• жоғарыдағы картада ең үлкен шеңберлермен көрсетілген MIR / Nausicaa өлшемдеріндегі радиациялық дозаның максималды мөлшері - 2 мЗв / сағ.
• Mars-ға ғарыштық ұшу Галактикалық ғарыштық сәулелердің арқасында 1 Ш-н радиациялық дозаны білдіреді. Бұл күн сәулесінің негізгі бөлшектерінен радиацияның дозасын қамтымайды, ол әлдеқайда жоғары болуы мүмкін және тиісті қорғаныш болмаған жағдайда дереу өмірге қауіп төндіреді.

Сиеверт радиацияның төменгі деңгейіне (стохастическим әсерге) ұшырау қаупін бағалайтынына байланысты 1 Sv мәнінен жоғары мәндерді айту мағынасы жоқ.

Ақпараттар: dead link

Моделдеу, мониторинг және Жер атмосферасындағы бөлшектер ағымын болжау.

Компьютер коды

Күрделі ғарыш кеңістігінің талдауы мен оның ғарыштық жүйелерге әсер етуі, эмпирикалық немесе квазиэмпирикалық әртүрлі ұйымдардың моделіне әкелді, көбінде бір-біріне тәуелсіз. Ғарыштық сәулелерге қатысты - ең белгілісі – «ғарыштық сәулелердің микроэлектроникаға әсері» (CREME) моделі, НАСА дамытқан. Оған ғарыштық кеңістіктін ақпаратты жүйесі (SPENVIS) арқылы кіруге болады, ESA –ның байланыстырушы звеносы. Бұлардың екеуіде Интернет арқылы достық интерфейсті көрсетеді.

Ғаламдық ғарыштық сәулелердің моделі, периодты таблицадағы, сутектен бастап, уранға дейінгі элемент спектрлері, бөлшектер ағымында бар екендігін болжайды, және энергиясы 1 ден 10 000 МэВ/нуклон екендігін. Энергия- бөлшектер ағымының спектрінің энергияны беретін сызық спектіріне түрленген (LET), ол микроэлектроникаға ғарыш кеңістігінен туатын қауіпті бағалайтын шешуші параметр. Бұл SEU –дың шамасын есептеудегі негізгі қадам.

SPENVIS интерфейсін пайдаланудың тиімділігін LET спектрі үшін, ғарыштық кеңістікті елестету және SEU мөлшерін есептеу, 2005 жылдың 14 мен 18 шілде аралығындағы иллюстрацияда көрсетілген.

Нейтронды мониторларды пайдаланып бөлшектер ағымын бақылау мен болжау

Нейтронды мониторлардың көрсеткіштері – экстрапланеталы радиацияны бақылау мен болжаудың негізгі кілті:

• Энергиясы төмендерден бастап, ондаған, жүздеген МэВ, бөлшектердің ауқымды Жерге келуінің, пайдалы белгілерін бірнеше минут ішінде қамтамасыз етеді. Егер рұқсат ету мүмкіндігі жоғары, нақты уақытта, нәтижелермен қамтамасыз ететін бірнеше станциялар жүйесі бар болса.
• Нейтронды мониторлардың көрсеткіштері ғарыш кеңістігіндегі радиация бөлігін, атмосфера аумағында, әртүрлі биіктікте есептеу мүмкіндігін береді. Ғаламдық ғарыш радиациясының плазмамен, гелиосферадағы магнит өрісімен, планетааралық ұйтқулар өзгергенде, болатын әрекеттесулердің негізгі ақпаратын НМ көрсетеді. Спутниктерге қарағанда нейтронды мониторлар мұндай ұйтқуларға ұшырамайды.

Атом электрстанцияларының қызметкерлері немесе рентгенмен жұмыс істейтін аурухана дәрігерлері сияқты, ұшақ экипажының әрбір мүшесі радиациялық сәулеленуден тексерулері қажет (мемлекеттік заңға сәйкес). Нейтронды мониторлар ғарыштық сәулелер ағымын бақылау үшін, кейіннен радиациялық дозаға айналатын, эмпирикалық модельді пайдалану үшін керек нәтижелермен қамтамасыз етеді.