Влияние на радиацията върху екипажа при полети на голяма височина и в космоса

1. Влияние на радиацията върху екипажа при полети на голяма височина и в космоса Автори: Жаклин Арнаудова, Борислав Иванов Гимназия „Васил Левски”, Ямбол Начало

2. Съдържание • Видове радиация • Източници на радиация. Радиационен фон • Космически лъчи – първични, вторични. Източници на космически лъчи • Слънчев вятър • Биологично действие на радиацията върху Човека • Полети на голяма височина (самолети) • Космически полети • Контрол на радиацията Напред

3. Видове радиация • Радиация (излъчване, лъчение, лъчи) — разпространение на енергия във формата на вълни или частици. Радиацията е разделена в две категории - йонизиращи лъчения и нейонизиращи лъчения. • Йонизираща радиация — лъчение, което при взаимодействието със средата води до образуване на йони. • Примери за йонизираща радиация: • α-, β-, γ-лъчи, неутронно излъчване • Рентгенови лъчи Назад Напред

4. Видове радиация • Нейонизиращи лъчения – излъчване без достатъчно енергия за избиване на електрони от орбитите на атома. • Примери за нейонизираща радиация са микровълните, радиовълните и видимата светлина. Електромагнитната радиация се среща много често в нашето ежедневие под формата на видима светлина, радио-вълни, използвани в радиото и телевизията, както и при микровълнови печки и мобилни комуникации.  Назад Напред Съдържание

5. Източници на радиация – Естествен радиационен фон • На земната повърхност и в атмосферата е налице йонизиращо лъчение — естествен радиационен фон. • Радиационният фон съществува в резултат на: • Естествени източници на йонизиращо лъчение в почвата(напр. уранова руда) и водите • Радон — основен източник на йонизираща радиация • Строителни материали и изделия, съдържащи йонизиращи източници • Радиационно заразяване • Космически лъчи • Средната годишна доза от естествения радиационен фон в умерените ширини е около 1 mSv. • Естественият радиационен фон в Източна Европа създава мощност на еквивалентната доза от 0,05 до 0,20 μSv/h. • Времето за пребиваване на човек в полето на йонизиращо излъчване се измерва в часове. Назад Напред

6. Изкуствен радиационен фон Изкуствените източници на радиация са многобройни и включват не само големите аварии в атомни електроцентрали, но и радиоактивни частици от атомни опити, аварии в центрове за стерилизиране на храни, прикрити случаи на по-малко радиоактивно изтичане от атомни съоръжения, аварии с атомни подводници. Прилагането на рентгенови лъчи в медицината също са свързани с риск за здравето.Оценява се, че рентгеновите изследвания предизвикват ежегодно повече от 45 000 случая на фатално разболяване от рак само в САЩ. Тютюнопушене: Пушещите по една кутия цигари на ден се излагат на радиация, равностойна на 300 рентгенови снимки на белите дробове годишно. Фукушима Назад Напред Съдържание

7. Космически лъчи Космическите лъчиса високоенергийна йонизираща радиация с галактичен и слънчев компонент. Състав: 87%: протони 12%: -частици (хелиеви ядра) <1%: Тежки атомни ядра В незначителен обем: -лъчи, електрони и неутрино Напред Назад

8. Първични и вторичникосмически лъчи Космическителъчиса поток от елементарничастици и ядра на химически елементи, коитонавлизат в земната атмосфера от космическото пространство. Първичните космически лъчиса изотропен поток, който се движи в пространствотосъсскорост близка до тази на светлината и е постоянен въввремето. Те разрушават ядрата на азотните и кислородните атоми в земната атмосфера Вторичните космически лъчисарезултат от взаимодействието на първичните космически лъчи с ядрата на газовете в земната атмосфера. Назад Напред

9. Източници на космически лъчи Космическите лъчи са високоенергийна йонизираща радиация с галактичен и слънчев компонент. Черните дупки са най-вероятният източник на мистериозни високоенергийни космически лъчи, които бомбардират нашата планета. Наблюдения с най-големия детектор на космически лъчи в света показват, че те се излъчват от черни дупки от средата на космически галактики. Произходът на високоенергийните космически лъчи се наблюдава от над 370 учени от 17 страни в обсерваторията "Пиер Оже" в Аржентина. Назад Напред

10. Космическа радиация Галактиките притежават активно ядро, което поглъща масата на материята, влязла в сблъсък с галактиката и излъчва огромно количество радиация. Астрофизиците смятат, че в центъра на повечето галактики има черна дупка, чиято маса е между един милион и няколко милиарда пъти по-голяма от тази на Слънцето. Черната дупка в центъра на Млечния път е с маса, която е 3 милиона пъти по-голяма от тази на Слънцето, но не е активно галактично ядро, но то е вероятен източник на високоенергийни космически лъчи. Назад Напред

11. Галактическа космическа радиация Галактическата космическа радиация произхожда от източници извън Слънчевата система. Тя се състои от йонизирани атоми, вариращи от един протон до ураново ядро. Дебита на потока на тези частици е много нисък, но скоростта им е близка до светлината. Заради голямата си маса и висока скорост, те предизвикват интензивна йонизация. За по-голямата си част, магнитното поле на Земята осигурява екраниране за космическите кораби от галактическата и космическата радиация. Въпреки това, космическите лъчи имат свободен достъп до над полярните региони, където линиите на магнитното поле са отворени за междупланетното пространство. Назад Напред

12. Слънчева радиация • Слънцето е основният източник на радиация, влияеща във високите атмосферни слоеве и близкия космос. • Слънчевата дейност се характеризира с 11-годишен цикъл, който може да бъде разделен в четири неактивни години (слънчев минимум) и седем активни години (слънчев максимум). • Събития като слънчевите изригвания предизвикват геомагнитните бури на Земята. Друга характеристика на Слънцето са слънчевите петна (зони на концентрирани магнитни полета). • Слънчевата радиация се нарича още Слънчев вятър. Назад Напред

13. Слънчева радиация • Слънчевата радиация, достигаща повърхността на Земята, е разделена условно на Директна, Дифузна и Глобална. • Директната радиация е идващата пряко от слънцето, • Дифузната е рефлектирана от околността и атмосферата. • Глобалната радиация е сбора от директна и дифузна. Сумарната глобална радиация за даден времеви период се нарича "Ирадиация" Мерните единици за ирадиация най-често са W/m2 и Wh/m2. Ирадиацията на Земята е във функция от редица фактори, като орбиталната механика, диктуваща планетарната траектория, а с това отстоянието и ъгъла, който планетата ни заема спрямо Слънцето, е най-важния. Назад Напред Съдържание

14. Слънчев вятър • Слънчев вятър — плазмен поток, непрекъснато излъчван от Слънцето в междупланетното пространство. • Слънчевият вятър е отговорен за слънчевия компонент на космическите лъчи. • При движението си в посока към Земята, слънчевото излъчване се среща първо със земното магнитно поле – първата защита на нашата планета. Назад Напред

15. Слънчев вятър Полярно сияние Полярно сияние Взаимодействие на слънчевия вятърсъс земната магнитосфера Назад Напред Съдържание

16. Радиационни пояси • Земята има радиационен пояс (пояс на Ван Алън), но това не е единственото място във Вселената, където магнитни полета и заредени частици си взаимодействат едни с други! • Ето една кратка галерия на други тела в космоса, където космически плазми и полета взаимодействат. • Слънцето е огромна топка от плазма, завързана с магнитни полета. Понякога тези полета минават над повърхността. Когато го правят, те носят милиарди тонове плазма с тях, хванати като светулки в магнитното поле.  Назад Напред

17. Радиационни пояси Радиационните пояси на Юпитер са хиляда пъти по-мощни от този на Земята, което ги прави още по-смъртоносни за бъдещите астро-навти и безпилотни космически мисии, които посещават този свят. Това изображение показва радио вълни, излъчвани от горещата плазма, тъй като тя се движи в силно магнитно поле. Назад Напред Съдържание

18. Биологично действие на радиациятавърхучовека Погълната доза Назад Напред

19. Биологично действие на радиациятавърхучовека ЕКВИВАЛЕНТНА ДОЗА и ЕФЕКТИВНА ДОЗА • Сиверт (Sv) е мерна единица за дозата, свързана с радиационния риск от облъчването. С нея се цели да се даде количествен израз на биологичното влияние на радиацията. Наречена е в чест на шведскиямедицински физик РолфСиверт. В тази единица се измерват две величини – еквивалентна доза и ефективна доза. • Докато в Грей се измервапогълнатата радиация от какъвто и да е вид лъчение в кое да е вещество, в сиверти се измерварадиацията, погълната от отделен човек. Връзката между двете се изразява чрез формулата: 1 Sv = 1 Gy * [wR]* [wТ]   (къдетоSv=сиверт, Gy=грей, wR– радиационентегловен фактор, специфичен за определен вид радиация, а wT – тъканентегловен фактор, зависещ от вида на облъченитетъкани). Назад Напред

20. Годишни граници на дозата • Годишната ефективна доза на облъчване на човек, работещ професионално с източници на йонизиращи лъчения, не трябва да превишава 50 mSvза отделна година и общо 100 mSv за 5 последователни години. • За населението годишната граница на ефективна доза е 1 mSv. • На базата на горните данни е възможно определяне на дозите за други географски ширини чрез интерполиране, като трябва да се отчита и слънчевата активност. • Членове на екипажи с очакванооблъчване над 6 mSv на година се считат за силнооблъчени. Назад Напред

21. Ефект от радиацията • Както краткотрайното излагане на високи дози лъчение, така и дълготрайното облъчване с по-ниски дози многократно увеличава вероятността от появата на: • Общи форми на рак • Левкемия • Меланома • Катаракта • Увреждане на наследствения материал, включително след няколко поколения • Редица изследвания потвърждават наличието на много от изброените заболявания над средностатистическото ниво при летателни екипажи • Дозата облъчване с повече от един грей (Gy)  се смята за умерена, но тя е достатъчна, за да се проявят симптомите на лъчева болест. Назад Напред Съдържание

22. Слънчевата радиация и космическите лъчения са двете неща, за които трябва да се притесняваме при полети на голяма височина и в космоса. Летенето със самолет на голяма височина или пилотиран космически кораб също подлага екипажа и пътниците на радиационно облъчване, съпоставимо по вредност с рентгеновите снимки. Колкото по-често се предприема, толкова по-вредно е за здравето на пилоти, стюардеси, пасажери, космонавти и астронавти. Назад Напред

23. Полети на голяма височина • Галактичният компонент на космическите лъчи не е от съществено значение на голяма височинаи около полюсите. • На височина 9000 m опитно е установена 10 пъти по-голяма радиация на слънчевия компонент в сравнение с тази на морското равнище. • На големи височини (над 15 000 m) е възможно рязко увеличаване на слънчевия компонент на космическите лъчи по време на слънчева буря. • Единствената възможна мярка в подобна ситуация е намаляване на височината на полетите или полети само от нощната страна на планетата. • Екипажите в гражданската авиация са изложени на облъчване, еквивалентно или надвишаващо това на работещите с изкуствени радиационни източници в медицината и техниката. • Към днешна дата единствено на територията на ЕС са въведени задължителни превантивни мерки за предпазване на екипажите от прекомерно облъчване с космически лъчи. Назад Напред

24. ОБЩИ АВИАЦИОННИ ИЗИСКВАНИЯ ЕКСПЛОАТАЦИЯ НА ВЪЗДУХОПЛАВАТЕЛНИ СРЕДСТВА • Европейскитенорми определят мерките за предпазване на екипажите в гражданската авиация. • Всекиавиопревозвачтрябва да отчитаоблъчването на екипажите по време на работа. • За всичкичленове на екипажи, получаващирадиационнидози над 1 mSv за година, се взематспециални мерки. • Трябва по възможност да се избягваоблъчването с дози над 6 mSv за година. Назад Напред

25. Изводи • Проблемът с облъчването на екипажите в гражданската авиация е сериозен и не трябва да бъде подценяван. • При полети от България до европейски дестинации и на юг не може да се стигне до силно облъчване на екипажите (над 6 mSv/година) при спазване на санитарните норми. • Полетите над Северна Европа и особено над северния Атлантик съдържат опасност от облъчване със значително по-големи дози космическа радиация. • Необходими са допълнителни измервания и изследвания за уточняване на въздействието на космическите лъчи върху здравето на екипажите от гражданската авиация в дългосрочен план. Назад Напред Съдържание

26. Космически полети Ако заредена частица повреди ДНК, това може да доведе до изменение на кодираната в тази молекула наследствена информация  т.е. мутация. Най-очевидното последствие от тези мутации би било значително увеличаване на броя на онкоболните хора подложени на космическо излъчване. Животът на Земята е възникнал под естествената защита на магнитното поле на планетата. Поради това човешкия организъм не е приспособен към постоянното силно космическо излъчване, с което би се сблъскал в открития космос или на други космически тела. Основната опасност, която възниква при излагане на такова лъчение е, че то предизвиква известни промени в молекулите на човека. Водна молекула Свободен радикал Назад Напред

27. Космически полети Атмосферата и магнитното поле на Земята защитават живота на планетата от слънчевата радиация и космическото лъчение, което пътува през пространството. Излизащите в открития Космос астронавти обаче са слабо защитени. През последните години човечеството започна отново да се подготвя за полети до Луната, Марс и още по-дълбоко в Космоса, но експерти предупреждават, че за реализацията на тези мисии има не само технологически, но и чисто космически пречки. Става дума за т.нар. космическа радиация, която е много опасна и същевременно слабо изучена, а въздействието й върху човешкия организъм е засега практически непредсказуемо. Назад Напред

28. Въздействие на космическите лъчи върху организма на астронавтите НАСА отпуска 12 милиона долара за изучаване на въздействието на космическите лъчи върху организма на астронавтите. Изследването ще помогне по-добре да разберем трудностите, с които се сблъсква човек в космоса. Ще бъдат установени билогичните промени и опасностите за сърцето и мозъка, които крие неизбежното по време на продължителни космически полети радиационно въздействие. Резултатите от наблюденията ще бъдат използвани за разработването на стратегия за защита на астронавтите по време на продължителни полети в космоса. Финансират се и проекти изучаване на връзката между рака и радиацията, както и промените в структурата на невроните под въздействие на йонизиращителъчения. Назад Напред

29. Въздействие на космическите лъчи върху организма на астронавтите Възможностите за избухване на двигател или за сблъсък с метеорит по време на пилотирани полети не са сред най-големите опасности за хората, пътуващи отвъд земната орбита. Най-големият враг на астронавтите е радиацията и именно тя може да се окаже най-високото препятствие за планираните полети до Марс. Според международни космически агенции "космическото време" е най-голямата пречка за пътуване на дълбокия космос. Радиация от слънцето и космически лъчи представляват смъртоносна заплаха за астронавтите в космоса. Ново изследване показва как знанията, придобити от изследване на ядрения синтез, може да намали заплахата до приемливи нива и първата мисия на човечеството на Марс да стане възможност. Назад Напред

30. Заплахи от космическа радиация на астронавтите Астронавтите са редовно изложени на високи дози радиация, включително и на галактическите космически лъчи, които могат да дойдат от далечни експлозии на свръхнова звезда, както и заредени частици от слънцето и заредени частици хванати в капан в магнитното поле на Земята. Потенциални ефекти за здравето са левкемия и други ракови заболявания, както и дегенеративни ефекти тъкан като катаракта, сърдечно-съдови заболявания, храносмилателни заболявания и заболявания на дихателната система. Назад Напред

31. КОНТРОЛ НА РАДИАЦИЯТАРазрушителни йонни бури Британски учени са създали умалена версия на слънчевите вихри в една от оксфордските лаборатории, за да проучат възможностите за използване на магнитни щитове, които да предпазват космонавтите от радиацията. Открито е, че в слънчевия вятър може да се създаде „дупка”, в която да се помести космическият кораб. Инженери разработват щит, който да пази космонавтите от слънчевите ветрове – огромни, зловещи потоци от силно заредени с енергия частици, идващи от звездата, които летят със скорост по-голяма от тази на звука. Според тях механизмите за защита на екипажите, които трябва скоро да потеглят на дългосрочни мисии до Марс или Луната, са едно от най-важните неща. Защото потоците от частици причиняват мутации на ДНК, които могат да доведат до опасни ракови образувания. Назад Напред

32. ЗАЩИТА НА КОСМИЧЕСКИТЕ ЕКИПАЖИ Ултравиолетовата (UV) радиация от Слънцето (без защитния озонов слой и атмосферата, която ни пази) може достатъчно бързо да причини слънчеви изгаряния, меланом и т.н. Въпреки това, ако нашият скафа-ндър или космически кораб и прозорци са специално проекти-рани така, че UV да не преминават през тях, не е нужно да се притесняваме твърде много. (Ако сме в пространството без скафандър и космически превозни средства, тогава ще имаме големи проблеми, относно радиацията.) Назад Напред

33. ЗАЩИТА НА КОСМИЧЕСКИТЕ ЕКИПАЖИ Когато изригванията на Слънцето, генерират рентгенови лъчи, гама-лъчи и енергийни частици Енергийните частици са най-опасни, но те ​​са забавени в сравнение с X-лъчи и гама-лъчи, така че има някакво предупреждение, че те идват. Това дава време на астронавта да отиде в “специален подслон", добре екранирана област, в която може да се живее в продължение на няколко дни, докато частиците преминат. Добро място за подслон може да бъде стая в центъра на кораба, заобиколена от водни резервоари. Ако космическият кораб не разполага с такъв подслон (например ако астронавта е само в своя костюм) слънчевото изригване може да предизвика смърт от лъчева болест. Назад Напред

34. ЗАЩИТА НА КОСМИЧЕСКИТЕ ЕКИПАЖИ Потока на твърдите лъчения (частици X / гама-лъчи) е по-малък в сравнение с галактическите космически лъчи и тяхната експозиция. Тези частици идват от дълбокия космос, повече или по-малко непрекъснато. Малки количества екранировка може да погълне по-голямата част от тях, но останалата част създаваповишен риск от рак.  Една седмица в среда от космически лъчи съкращава продължителността на живота от около един ден (статистически - това е много малко вероятно да причини рак, но ако не използваме никаква защита, ще съкрати живота с повече от ден).  Назад Напред Съдържание

35. Българскипринос за измерване на радиационната обстановкав Космоса Създаденият от българските учени спектрометър за измерване на космическа радиация (Radiation Dose Monitor Experiment (RADOM- BAS)), бе избран да лети на борда на индийския кораб сред общо 32 международни проекта.  Този уред се използва за измерване на радиационната обстановка, при която живеят космонавтите. А това е много важно за космонавтиката с оглед провеждането на дълготрайни полети както до Луната, така и до Марс.  • В космическия експеримент на индийския спътник Chandrayaan -1 участва и уникален български уред за измерване на радиационната обстановка около Луната. • Апаратурата има за цел да осигури постоянен информационен поток за радиационната обстановка на лунната орбита.  спектрометър за измерване на космическа радиация Назад Напред

36. Сондата „Фобос-грунт” Той ще работи по време на цялата мисия, трябва да изследва радиационните условия и дозите на облъчване в хелиосферата и пространството около Марс. Нашият уред ще даде оценка на радиационния риск за екипажите на бъдещите пилотирани междупланетни полети, ще измерва и радиацията във вътрешността на сондата. Това е първият експеримент от този род в космическите изследвания. • Руска автоматична сонда беше изстреляна през първата половина на ноември 2011 към Марс и спътника му Фобос. В комплекта научна апаратура, инсталиран на борда е и българският уред „Люлин-Фобос”, създаден в Института за космически и слънчево-земни изследвания, БАН, с участието на учени от московския Институт за медико-биологични проблеми. Назад Изход Съдържание