Bức xạ vũ trụ nguy hiểm như thế nào đối với con người?

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Trái đất là cái nôi duy nhất của mọi sinh vật. Được bảo vệ bởi bầu khí quyển và từ trường của nó, chúng ta không thể nghĩ về các mối đe dọa bức xạ, ngoại trừ những mối đe dọa do chính tay chúng ta tạo ra. Tuy nhiên, tất cả các dự án khám phá không gian - gần và xa - luôn gặp phải vấn đề an toàn bức xạ. Không gian là thù địch của cuộc sống. Chúng tôi không mong đợi ở đó.

Quỹ đạo của Trạm Vũ trụ Quốc tế đã được nâng lên nhiều lần và hiện nay độ cao của nó là hơn 400 km. Điều này được thực hiện nhằm mục đích di chuyển phòng thí nghiệm bay ra khỏi các lớp dày đặc của khí quyển, nơi các phân tử khí vẫn làm chậm chuyến bay một cách đáng kể và nhà ga đang mất độ cao. Để không phải điều chỉnh quỹ đạo quá thường xuyên, sẽ rất tốt nếu nâng đài cao hơn nữa, nhưng điều này không thể làm được. Vành đai bức xạ (proton) thấp hơn bắt đầu cách Trái đất khoảng 500 km. Một chuyến bay dài bên trong bất kỳ vành đai bức xạ nào (và có hai trong số chúng) sẽ là thảm họa cho phi hành đoàn.

Cosmonaut-thanh lý

Tuy nhiên, không thể nói rằng không có vấn đề an toàn bức xạ ở độ cao mà ISS hiện đang bay. Đầu tiên, ở Nam Đại Tây Dương có một cái gọi là dị thường từ tính của Brazil, hay Nam Đại Tây Dương. Ở đây, từ trường của Trái đất dường như chùng xuống, và cùng với nó, vành đai bức xạ thấp hơn hóa ra lại gần bề mặt hơn. Và ISS vẫn chạm vào nó, bay trong khu vực này.

Thứ hai, con người trong không gian bị đe dọa bởi bức xạ thiên hà - một dòng hạt mang điện lao tới từ mọi hướng và với tốc độ khủng khiếp, được tạo ra bởi các vụ nổ siêu tân tinh hoặc bởi hoạt động của các sao xung, chuẩn tinh và các thiên thể sao dị thường khác. Một số hạt này được giữ lại bởi từ trường Trái đất (là một trong những yếu tố hình thành các vành đai bức xạ), trong khi phần còn lại mất năng lượng khi va chạm với các phân tử khí trong khí quyển.

Một thứ gì đó chạm tới bề mặt Trái đất, do đó, một nền phóng xạ nhỏ hiện diện trên hành tinh của chúng ta một cách tuyệt đối ở khắp mọi nơi. Trung bình, một người sống trên Trái đất không tiếp xúc với các nguồn bức xạ sẽ nhận được một liều lượng 1 millisievert (mSv) hàng năm. Một phi hành gia trên ISS kiếm được 0,5–0,7 mSv. Hằng ngày!

Vành đai bức xạ

Các vành đai bức xạ của Trái đất là các vùng của từ quyển, trong đó các hạt tích điện năng lượng cao tích tụ. Vành đai bên trong chủ yếu bao gồm các proton, vành đai bên ngoài bao gồm các electron. Vào năm 2012, một vành đai khác được phát hiện bởi vệ tinh NASA, nằm giữa hai vành đai đã biết.

Vyacheslav Shurshakov, người đứng đầu bộ phận an toàn bức xạ của các phi hành gia tại Viện Các vấn đề Y sinh thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga, ứng cử viên Khoa học Vật lý và Toán học, cho biết: “Có thể đưa ra một so sánh thú vị. - Liều lượng cho phép hàng năm đối với một nhân viên nhà máy điện hạt nhân được coi là 20 mSv - gấp 20 lần một người bình thường nhận được. Đối với các chuyên gia phản ứng khẩn cấp, những người được đào tạo đặc biệt này, liều tối đa hàng năm là 200 mSv. Con số này đã nhiều hơn 200 lần so với liều lượng thông thường và … thực tế bằng số lượng mà một phi hành gia đã làm việc trên ISS trong một năm nhận được."

Hiện nay, y học đã thiết lập một giới hạn liều lượng tối đa, không thể vượt quá trong suốt cuộc đời của một người để tránh các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Đây là 1000 mSv, hoặc 1 Sv. Vì vậy, ngay cả một nhân viên NPP với tiêu chuẩn của anh ta có thể làm việc yên tĩnh trong năm mươi năm mà không phải lo lắng về bất cứ điều gì.

Mặt khác, phi hành gia sẽ cạn kiệt giới hạn của mình chỉ trong năm năm. Tuy nhiên, ngay cả khi đã bay trong bốn năm và đạt được 800 mSv hợp pháp của mình, anh ta sẽ khó được phép bay trên một chuyến bay mới có thời hạn một năm, vì sẽ có nguy cơ vượt quá giới hạn.

“Một yếu tố khác của nguy cơ bức xạ trong không gian, - Vyacheslav Shurshakov giải thích, - là hoạt động của Mặt trời, đặc biệt là cái gọi là phát xạ proton. Tại thời điểm phóng ra, trong thời gian ngắn, một phi hành gia trên ISS có thể nhận thêm 30 mSv. Điều đáng mừng là các sự kiện proton mặt trời hiếm khi xảy ra - 1–2 lần trong chu kỳ hoạt động 11 năm của mặt trời. Thật tệ là những quá trình này xảy ra ngẫu nhiên, theo thứ tự ngẫu nhiên và rất khó dự đoán.

Tôi không nhớ rằng chúng tôi đã được báo trước bởi khoa học của chúng tôi về việc phát hành sắp xảy ra. Điều này thường không xảy ra. Các thiết bị đo liều lượng trên ISS đột nhiên hiển thị nền tăng lên, chúng tôi gọi cho các chuyên gia về Mặt trời và nhận được xác nhận: vâng, có hoạt động bất thường của ngôi sao của chúng ta. Chính vì những sự kiện proton mặt trời đột ngột như vậy mà chúng tôi không bao giờ biết chính xác liều lượng mà phi hành gia sẽ mang theo khi bay."

Hạt điên

Các vấn đề về bức xạ đối với các phi hành đoàn lên Sao Hỏa sẽ bắt đầu sớm nhất là ở Trái đất. Một con tàu nặng 100 tấn trở lên sẽ phải được tăng tốc trong thời gian dài trên quỹ đạo trái đất thấp, và một phần của quỹ đạo này sẽ đi qua bên trong các vành đai bức xạ. Đây không còn là giờ, mà là ngày và tuần. Hơn nữa - vượt ra ngoài từ quyển và bức xạ thiên hà ở dạng ban đầu của nó, nhiều hạt mang điện nặng, tác động của chúng dưới "cái ô" của từ trường Trái đất được cảm nhận rất ít.

Vyacheslav Shurshakov nói: “Vấn đề là tác động của các hạt lên các cơ quan quan trọng của cơ thể con người (ví dụ, hệ thần kinh) ngày nay còn ít được nghiên cứu. Có lẽ bức xạ sẽ khiến phi hành gia bị mất trí nhớ, gây ra các phản ứng hành vi bất thường và gây hấn. Và rất có thể những tác dụng này sẽ không liên quan đến liều lượng. Cho đến khi tích lũy đủ dữ liệu về sự tồn tại của các sinh vật sống bên ngoài từ trường Trái đất, thì việc thực hiện các chuyến thám hiểm không gian dài ngày là rất rủi ro."

Khi các chuyên gia an toàn bức xạ đề nghị các nhà thiết kế tàu vũ trụ tăng cường an toàn sinh học, họ trả lời một câu hỏi có vẻ khá hợp lý: “Vấn đề là gì? Có ai trong số các phi hành gia chết vì bệnh phóng xạ không? Thật không may, các liều bức xạ nhận được trên tàu thậm chí không phải là các con tàu của tương lai, nhưng ISS thông thường, mặc dù chúng phù hợp với các tiêu chuẩn, không hề vô hại.

Vì lý do nào đó, các phi hành gia Liên Xô không bao giờ phàn nàn về thị lực của họ - rõ ràng là họ lo sợ cho sự nghiệp của mình, nhưng dữ liệu của Mỹ cho thấy rõ ràng rằng bức xạ vũ trụ làm tăng nguy cơ đục thủy tinh thể và đục thủy tinh thể. Xét nghiệm máu của các phi hành gia cho thấy sự gia tăng quang sai nhiễm sắc thể trong các tế bào bạch huyết sau mỗi chuyến bay vào vũ trụ, được coi là dấu hiệu nhận biết khối u trong y học. Nói chung, người ta kết luận rằng nhận được một liều lượng cho phép là 1 Sv trong suốt cuộc đời sẽ rút ngắn tuổi thọ trung bình ba năm.

Rủi ro mặt trăng

Một trong những lập luận "mạnh mẽ" của những người ủng hộ "âm mưu mặt trăng" là khẳng định rằng việc băng qua các vành đai bức xạ và ở trên mặt trăng, nơi không có từ trường, sẽ khiến các phi hành gia thiệt mạng vì bệnh phóng xạ. Các phi hành gia Mỹ thực sự phải vượt qua các vành đai bức xạ của Trái đất - proton và điện tử. Nhưng điều này chỉ xảy ra trong vài giờ, và liều lượng mà các phi hành đoàn Apollo nhận được trong các nhiệm vụ hóa ra là đáng kể, nhưng có thể so sánh với liều lượng mà các máy bay cũ của ISS nhận được. “Tất nhiên, người Mỹ đã may mắn,” Vyacheslav Shurshakov nói, “xét cho cùng, không có một sự kiện proton mặt trời nào xảy ra trong các chuyến bay của họ. Nếu điều này xảy ra, các phi hành gia sẽ nhận được liều sublethal - không phải 30 mSv, mà là 3 Sv.

Làm ướt khăn của bạn

Vyacheslav Shurshakov nói: “Chúng tôi, những chuyên gia trong lĩnh vực an toàn bức xạ, nhấn mạnh rằng việc bảo vệ các phi hành đoàn phải được tăng cường. Ví dụ, trên ISS, những người dễ bị tổn thương nhất là cabin của các phi hành gia, nơi họ nghỉ ngơi. Không có khối lượng bổ sung ở đó, và chỉ có một bức tường kim loại dày vài mm ngăn cách một người với không gian bên ngoài. Nếu chúng ta giảm rào cản này xuống mức nước tương đương được chấp nhận trong X quang, nó chỉ là 1 cm nước.

Để so sánh: bầu khí quyển của Trái đất, nơi chúng ta ẩn náu khỏi bức xạ, tương đương với 10 m nước. Gần đây chúng tôi đã đề xuất bảo vệ cabin của các phi hành gia bằng một lớp khăn và khăn ăn tẩm nước bổ sung, điều này sẽ làm giảm đáng kể ảnh hưởng của bức xạ. Thuốc đang được phát triển để bảo vệ chống lại bức xạ, mặc dù chúng vẫn chưa được sử dụng trên ISS.

Có lẽ, trong tương lai, bằng cách sử dụng các phương pháp của y học và kỹ thuật di truyền, chúng ta sẽ có thể cải thiện cơ thể con người để các cơ quan quan trọng của nó có khả năng chống lại các yếu tố bức xạ tốt hơn. Nhưng trong mọi trường hợp, nếu không có sự chú ý chặt chẽ của khoa học đến vấn đề này, người ta có thể quên đi những chuyến bay vũ trụ đường dài."