עד כמה מסוכנת קרינה קוסמית לבני אדם?

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

כדור הארץ הוא ערש ייחודי של כל היצורים החיים. מוגנים על ידי האטמוספירה והשדה המגנטי שלה, איננו יכולים לחשוב על איומי קרינה, מלבד אלו שאנו יוצרים במו ידינו. עם זאת, כל הפרויקטים של חקר החלל - קרוב ורחוק - נתקלים תמיד בבעיית בטיחות הקרינה. החלל עוין את החיים. לא מצפים לנו לשם.

מסלולה של תחנת החלל הבינלאומית הוסר מספר פעמים, וכעת גובהו הוא למעלה מ-400 ק"מ. זה נעשה על מנת להרחיק את המעבדה המעופפת מהשכבות הצפופות של האטמוספירה, שם מולקולות הגז עדיין מאטות בצורה ניכרת את הטיסה והתחנה מאבדת גובה. כדי לא לתקן את המסלול לעתים קרובות מדי, טוב יהיה להעלות את התחנה עוד יותר, אך לא ניתן לעשות זאת. חגורת הקרינה התחתונה (פרוטון) מתחילה כ-500 ק"מ מכדור הארץ. טיסה ארוכה בתוך כל אחת מחגורות הקרינה (ויש שתיים מהן) תהיה הרת אסון עבור הצוותים.

קוסמונאוט-מחסל

עם זאת, לא ניתן לומר שאין בעיית בטיחות קרינה בגובה בו טסה ה-ISS כעת. ראשית, בדרום האוקיינוס האטלנטי יש מה שנקרא ברזילאית, או דרום אטלנטי, אנומליה מגנטית. כאן נראה שהשדה המגנטי של כדור הארץ צונח, ואיתו מתברר שחגורת הקרינה התחתונה קרובה יותר לפני השטח. וה-ISS עדיין נוגע בו, טס באזור הזה.

שנית, האדם בחלל מאוים על ידי קרינה גלקטית - זרם של חלקיקים טעונים הממהרים מכל הכיוונים ובמהירות עצומה, הנוצר מפיצוצי סופרנובה או מפעילות של פולסרים, קוואזרים וגופי כוכבים חריגים אחרים. חלק מהחלקיקים הללו נשמרים על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ (שהוא אחד הגורמים להיווצרותן של חגורות קרינה), בעוד שהחלק השני מאבד אנרגיה בהתנגשויות עם מולקולות גז באטמוספירה.

משהו מגיע לפני השטח של כדור הארץ, כך שרקע רדיואקטיבי קטן קיים על הפלנטה שלנו לחלוטין בכל מקום. בממוצע, אדם החי על פני כדור הארץ שאינו מתמודד עם מקורות קרינה מקבל מינון של 1 מיליסיוורט (mSv) מדי שנה. אסטרונאוט ב-ISS מרוויח 0.5-0.7 mSv. יומי!

חגורות קרינה

חגורות הקרינה של כדור הארץ הן אזורים במגנטוספירה שבהם מצטברים חלקיקים טעונים באנרגיה גבוהה. החגורה הפנימית מורכבת בעיקר מפרוטונים, החיצונית מורכבת מאלקטרונים. בשנת 2012 התגלתה חגורה נוספת על ידי הלוויין של נאס א, שנמצאת בין השניים המוכרים.

"אפשר לערוך השוואה מעניינת", אומר ויאצ'סלב שורשקוב, ראש המחלקה לבטיחות קרינה של קוסמונאוטים במכון לבעיות ביו-רפואיות של האקדמיה הרוסית למדעים, מועמד למדעי הפיזיקה והמתמטיקה. - המינון השנתי המותר לעובד תחנת כוח גרעינית נחשב ל-20 mSv - פי 20 ממה שמקבל אדם רגיל. עבור מומחי תגובת חירום, אנשים אלו שהוכשרו במיוחד, המינון השנתי המרבי הוא 200 mSv. זה כבר פי 200 מהמינון הרגיל ו… כמעט אותה כמות שמקבל אסטרונאוט שעבד על ISS במשך שנה."

נכון להיום, הרפואה קבעה מגבלת מינון מקסימלי, שלא ניתן לחרוג ממנה במהלך חייו של אדם על מנת למנוע בעיות בריאות חמורות. זהו 1000 mSv, או 1 Sv. כך, גם עובד NPP עם הסטנדרטים שלו יכול לעבוד בשקט במשך חמישים שנה בלי לדאוג לכלום.

האסטרונאוט, לעומת זאת, ימצה את הגבול שלו תוך חמש שנים בלבד.אבל, אפילו לאחר שטס במשך ארבע שנים והשיג את ה-800 mSv החוקיים שלו, הוא בקושי יורשה לטיסה חדשה של שנה, כי יהיה איום של חריגה מהמגבלה.

גורם נוסף של סכנת קרינה בחלל - מסביר ויאצ'סלב שורשקוב - הוא פעילות השמש, במיוחד מה שנקרא פליטת פרוטונים. ברגע של פליטה, תוך זמן קצר, אסטרונאוט ב-ISS יכול לקבל 30 mSv נוספים. טוב שאירועי פרוטונים סולאריים מתרחשים לעתים רחוקות - 1-2 פעמים במחזור פעילות סולארי של 11 שנים. רע שתהליכים אלו מתרחשים באופן סטוכסטי, בסדר אקראי, וקשה לחזות אותם.

אני לא זוכר כזה שהיינו מוזהרים מראש על ידי המדע שלנו על השחרור הממשמש ובא. זה בדרך כלל לא המקרה. מדי דוסימטר ב-ISS מראים לפתע עלייה ברקע, אנו מתקשרים למומחים בתחום השמש ומקבלים אישור: כן, ישנה פעילות חריגה של הכוכב שלנו. זה בגלל אירועי פרוטונים סולאריים כל כך פתאומיים שאנחנו אף פעם לא יודעים בדיוק מה המינון שהאסטרונאוט יביא איתו מהטיסה.

חלקיקים מטורפים

בעיות קרינה לצוותים שנוסעים למאדים יתחילו כבר בכדור הארץ. ספינה במשקל 100 טון ומעלה תצטרך להיות מואצת לאורך זמן במסלול נמוך על כדור הארץ, וחלק ממסלול זה יעבור בתוך חגורות הקרינה. אלו כבר לא שעות, אלא ימים ושבועות. יתרה מכך - מעבר למגנטוספירה ולקרינה הגלקטית בצורתה המקורית, חלקיקים טעונים כבדים רבים, שפגיעתם מתחת ל"מטריה" של השדה המגנטי של כדור הארץ מורגשת מעט.

"הבעיה היא", אומר ויאצ'סלב שורשקוב, "שההשפעה של חלקיקים על איברים קריטיים בגוף האדם (למשל, מערכת העצבים) נחקרה היום מעט. אולי הקרינה תגרום לאסטרונאוט לאבד זיכרון, תגרום לתגובות התנהגותיות חריגות ותוקפנות. וסביר מאוד שההשפעות הללו לא יהיו קשורות למינון. עד שיצטברו מספיק נתונים על קיומם של אורגניזמים חיים מחוץ לשדה המגנטי של כדור הארץ, מסוכן מאוד לצאת למסעות חלל ארוכות".

כאשר מומחי בטיחות קרינה מציעים שמתכנני חלליות מגבירים את הביטחון הביולוגי, הם עונים על שאלה רציונלית למדי: "מה הבעיה? האם מישהו מהקוסמונאוטים מת ממחלת קרינה?" למרבה הצער, מנות הקרינה שהתקבלו על סיפון אפילו לא ספינות הכוכבים של העתיד, אבל ה-ISS הרגילה, למרות שהן מתאימות לתקנים, אינן מזיקות כלל.

מסיבה כלשהי, קוסמונאוטים סובייטים מעולם לא התלוננו על הראייה שלהם - ככל הנראה, הם פחדו לקריירה שלהם, אבל נתונים אמריקאים מראים בבירור שקרינה קוסמית מגבירה את הסיכון לקטרקט ולאטימות עדשות. בדיקות דם של אסטרונאוטים מראות עלייה בסטיות כרומוזומליות בלימפוציטים לאחר כל טיסה לחלל, הנחשבת לסמן גידול ברפואה. באופן כללי, הגיעו למסקנה שקבלת מינון מותר של 1 Sv במהלך החיים מקצרת את החיים בשלוש שנים בממוצע.

סיכוני ירח

אחד הטיעונים ה"חזקים" של תומכי "מזימת הירח" הוא הקביעה שחציית חגורות הקרינה והימצאות על הירח, שבו אין שדה מגנטי, תגרום למותם הבלתי נמנע של אסטרונאוטים ממחלת קרינה. אסטרונאוטים אמריקאים באמת נאלצו לחצות את חגורות הקרינה של כדור הארץ - פרוטונים ואלקטרוניים. אבל זה קרה רק לכמה שעות, והמינונים שקיבלו צוותי אפולו במהלך המשימות התבררו כמשמעותיות, אך דומות לאלו שקיבלו הוותיקים של ה-ISS. "כמובן, לאמריקאים היה מזל", אומר ויאצ'סלב שורשקוב, "אחרי הכל, לא קרה ולו אירוע פרוטונים סולארי אחד במהלך הטיסות שלהם. אם זה יקרה, האסטרונאוטים יקבלו מנות תת-קטלניות - לא 30 mSv, אלא 3 Sv.

הרטיבו את המגבות

"אנחנו, מומחים בתחום הבטיחות בקרינה", אומר ויאצ'סלב שורשקוב, "מתעקשים על חיזוק ההגנה על הצוותים. לדוגמה, ב-ISS, הפגיעים ביותר הם בקתות הקוסמונאוטים, שם הם נחים. אין שם מסה נוספת, ורק קיר מתכת בעובי של כמה מילימטרים מפריד בין אדם לחלל החיצון. אם נצמצם את המחסום הזה למקביל המים המקובל ברדיולוגיה, זה רק 1 ס"מ של מים.

לשם השוואה: האטמוספירה של כדור הארץ, שמתחתיה אנו מסתתרים מקרינה, שווה ערך ל-10 מ' מים. לאחרונה הצענו להגן על בקתות האסטרונאוטים עם שכבה נוספת של מגבות ומפיות ספוגות מים, מה שיפחית מאוד את השפעות הקרינה. תרופות מפותחות להגנה מפני קרינה, אם כי עדיין לא נעשה בהן שימוש ב-ISS.

אולי בעתיד, באמצעות שיטות הרפואה וההנדסה הגנטית, נוכל לשפר את גוף האדם כך שהאיברים הקריטיים שלו יהיו עמידים יותר בפני גורמי קרינה. אבל בכל מקרה, ללא תשומת לב מדוקדקת של המדע לבעיה הזו, אפשר לשכוח מטיסות חלל למרחקים ארוכים.