Kozmické žiarenie a ako pred ním kozmonautov chrániť

  • Jana Plauchová | 9 September 2021
    Kozmonautika
Zemská atmosféra vychyľuje najmä častice slnečného vetra. Zdroj: NASA
Schyľuje sa k dlhodobým misiám človeka vo vesmíre, ktoré už nebudú smerovať len na vesmírne stanice na zemskej orbite, ale aj na Mesiac a na Mars. V tejto sfére však stále existuje niekoľko veľkých nedoriešených problémov. Jedným z nich je aj ochrana pred kozmickým ionizujúcim žiarením (rádioaktivitou).

Je známe, že ionizujúce žiarenie zvyšuje pravdepodobnosť vzniku rakoviny. Vyššia dávka tohto žiarenia v kratšom časovom období navyše vedie k chronickej až akútnej chorobe z ožiarenia. Tá sa prejavuje infekčnými a hemoragickými komplikáciami. Pri vyšších dávkach sú ohrozené aj obličky a plodnosť, koža, sliznice, pri najvyšších nervová sústava. Čím vyššia dávka, tým menšia je pravdepodobnosť úplného vyliečenia a aj v prípade vyliečenia samotného radiačného syndrómu zostáva zvýšené riziko onkologických chorôb.

Obyvateľov Zeme chránia pred ničivým žiarením z vesmíru zemská atmosféra a magnetosféra. Hoci na orbite zostávajú astronauti bez jedného z týchto dvoch ochranných štítov, stále ich chráni aspoň magnetosféra – za predpokladu, že neobiehajú po dráhach s príliš veľkým sklonom k rovníku. Výnimku tvorilo deväť ľudských výprav mimo tento druhý štít – misie programu Apollo. Tie však trvali pomerne krátko a ich posádky preto neboli zasiahnuté veľkou dávkou. Navyše ich tvorili iba muži, ktorých tkanivá znášajú ožiarenie vo všeobecnosti lepšie ako ženské.

To sa však zmení a z tohto dôvodu treba vyvinúť nové ochranné prostriedky. Ionizujúce žiarenie vo vesmíre má však rozličnú povahu a energiu, preto je ochrana pred ním zložitá. Môže byť časticové (korpuskulárne), alebo ide o vysokoenergetické fotóny – obzvlášť nebezpečné je v tomto prípade tvrdé gama žiarenie. To pri zrážke s hmotou vytvorí spŕšku ďalších častíc, ktoré môžu byť ešte škodlivejšie než pôvodný gama fotón. Z tohto dôvodu je na jeho odtienenie nutné použiť materiál s takou hrúbkou, aby sa táto spŕška fotónov nielen rozvinula, ale aj pohltila. Ak by nedošlo k pohlteniu všetkých fotónov, elektrónov a pozitrónov, ktoré z pôvodného fotónu vzniknú, potom by pre posádku bolo lepšie, ak by sa radšej tieto vysokoenergetické gama fotóny netienili vôbec. Najlepšie na odtienenie gama žiarenia je olovo s vrstvami ďalších materiálov. Tieto vrstvy pohltia častice vznikajúce ako sekundárny produkt ožiarenia.

Ťažké prvky sú vhodné aj na zastavenie korpuskulárneho žiarenia, ktoré môže mať podobu od jediného protónu (jadra vodíka) až po jadrá ďalších prvkov. Pokiaľ však tieto ióny nesú extrémnu energiu, môžu jadro tieniaceho materiálu roztrieštiť a vyvolať tak novú dávku ionizujúceho žiarenia.

Veľký problém predstavujú aj neutrálne častice – neutróny. Tie, ktoré prilietajú priamo z kozmického priestoru, je vhodné tieniť ľahkými materiálmi s vysokým obsahom vodíka. Prímes bóru a kadmia si poradí aj s tými neutrónmi, ktoré vznikli ako produkt rozbitia jadier atómov iným druhom kozmického žiarenia. Je však dôležité, aby tieniace materiály neobsahovali izotopy, z ktorých sa po zásahu neutrónom môžu sformovať nebezpečné rádionuklidy.

Žiarenie nie je problémom len pri prelete medziplanetárnym priestorom, ale aj na povrchu Mesiaca a Marsu. Najmä na povrchu Mesiaca, kde je dokonca ešte vyššie než v kozme. Nielenže Mesiac nemá magnetické pole ani atmosféru, ktoré by pred týmto žiarením chránili, ale dopadajúce vysokoenergetické fotóny na mesačnom povrchu vytvárajú spŕšky nových častíc. O niečo lepšia je situácia na Marse, ktorého riedka atmosféra znižuje intenzitu kozmického žiarenia zhruba na polovicu. Ochranný účinok marťanskej atmosféry však závisí na jej hustote, ktorá je zase veľmi ovplyvnená teplotou na povrchu tejto planéty. Pri nízkych teplotách v noci a počas marťanskej zimy ochranný účinok atmosféry klesá. Meraniu intenzity ionizujúceho žiarenia na povrchu Marsu sa v súčasnosti venujú oba funkčné americké rovery – Curiosity aj Perseverance.

Vynášať náklad do kozmu je stále veľmi drahé. Na odtienenie preto treba použiť najmä to, čo je k dispozícii. Sú to napríklad osobné zásoby astronautov, pretože obsahujú veľa organických látok s vysokým obsahom vodíka a tiež vody. Kozmické lode Orion majú pre prípad zhoršených radiačných podmienok vytvorený úkryt v spodnej časti lode, kde k ochrane prispieva aj jej tepelný štít na návrat do atmosféry. V budúcnosti sa dokonca počíta aj s využitím organického odpadu astronautov na zvýšenie ochrany.

Izraelská firma StemRad zase vyvíja na ochranu pred ožiarením špeciálne vesty. Sú odlišné pre mužov a ženy kvôli odlišnej reakcii ich tkanív na radiáciu. NASA v spolupráci s ESA zase pracuje na vývoji Magnetosférického dipolárneho torusu – zariadenia na vytváranie magnetického poľa, ktoré by odtienilo nabité častice podobne ako zemská magnetosféra. Má mať podobu kruhovej konštrukcie okolo obytných modulov.

Galéria obrázkov k článku

Testovanie protiradiačných viest prebiehalo aj na medzinárodnej vesmírnej stanici. Testovacia vesta sa na snímke nachádza v module Cupola. Zdroj: NASA
Výrony koronálnej hmoty zo Slnka zvyšujú prúd čiastíc slnečného vetra a preto aj radiačné riziko. Zdroj: NASA
Protiradiačné vesty vyvíjané pre ženy. Autor: HubertRoberts
Povrch Mesiaca je z hľadiska kozmického žiarenia ešte nebezpečnejší ako otvorený priestor. Zdroj: NASA
Ďalšie články z kategórie Kozmonautika
Problémy s modulom Nauka
Jana Plauchová | 29 August 2021
Vostok 2 – nepovšimnuté prvenstvá
Jana Plauchová | 8 August 2021
Prvenstvá Tianwen-1
Jana Plauchová | 21 Júl 2021

PORTÁL ASTRONOMICKÝCH INFORMÁCIÍ A ZAUJÍMAVOSTÍ

Pripravujú pracovníci Krajskej hvezdárne a planetária Maximiliána Hella v Žiari nad Hronom - kultúrneho zariadenia Banskobystrického samosprávneho kraja