Вилен Барабой - Ядерные излучения и жизнь

Радиация - космические лучи, протоны солнечных вспышек, радиационные пояса земли - одно из наиболее труднопреодолимых препятствий на пути освоения космоса. Конечно, герметическая оболочка космического корабля, оберегающая его обитателей от космических температур и вакуума, в какой-то мере защищает и от радиации. Смертоносное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца полностью поглощается оболочкой корабля. Несколько иначе обстоит дело с корпускулярными потоками. Наиболее высокоэнергичные из них, и прежде всего более тяжелые частицы космических лучей, свободно пронизывают оболочку корабля, расходуя при этом лишь часть своей энергии и несколько замедляясь.

Однако действие их на находящихся внутри корабля космонавтов при этом не слабеет, а может даже несколько усиливаться. Замедление тяжелых частиц приводит к увеличению линейных потерь энергии и, следовательно, к увеличению биологического эффекта.

Попытаемся сопоставить и оценить размер возможной опасности для здоровья космонавтов трех основных источников радиации в заатмосферном пространстве.

Проще всего обстоит дело с радиационными поясами Земли, поскольку космические корабли будущего, направляющиеся к Луне, Марсу, Венере, будут преодолевать их в течение нескольких минут, или десятков минут, при взлете и посадке. Наиболее реальную опасность представляют протоны внутреннего радиационного пояса. С учетом того обстоятельства, что протонное излучение при одинаковой ионизирующей способности может вызывать более значительный биологический эффект (ОБЭ - относительная биологическая эффективность - больше 1), доза радиации в отсутствие защиты может достигать в области внутреннего радиационного пояса 190 - 200 бэр/час (бэр - биологический эквивалент рентгена). В условиях защиты оболочкой корабля доза может достигать 10 - 50 бэр/час. Это означает, что более 2 - 3 часов в области максимума внутреннего радиационного пояса космический корабль задерживаться не должен. По-видимому, в реальных условиях космические корабли преодолевают и будут преодолевать эту область за значительно более короткий срок.

Что касается электронов внутреннего и внешнего радиационных поясов, то преодолеть оболочку космического корабля они не в состоянии. Зато при их ударе об оболочку и торможении возникает так называемое тормозное гамма-излучение, обладающее высокой проникающей способностью. Вклад этого тормозного излучения в суммарную дозу радиации при прохождении радиационных поясов не превышает, по-видимому, 10%.

В целом можно утверждать, что опасность, создаваемая радиационными поясами Земли, не является непреодолимой и может быть сведена к минимуму с помощью сравнительно несложных мероприятий. Наиболее эффективное из них состоит в том, что космический корабль будет быстро проходить опасную зону; возможны и траектории космических полетов, направленные в обход поясов, через высокоширотные, приполярные области. Конструкция оболочки корабля может быть построена с учетом требований радиационной безопасности, что в то же время не противоречит и общим задачам. По-видимому, наиболее эффективна слоистая защита, включающая металлическую оболочку и слой полиэтилена.

Одним словом, современная наука и техника располагают достаточными средствами для преодоления опасности, создаваемой радиационными поясами Земли. Тем не менее их существование необходимо учитывать при создании более или менее длительно существующих обитаемых космических станций. Сейчас уже ясно, что создавать их на высоте 1000 км над поверхностью Земли, как предполагал К. Э. Циолковский, нельзя. Очевидно, их придется располагать на высотах до 500 км или выше 10 - 15 тыс. км.

Гораздо более серьезную проблему составляет существование первичного космического излучения. Оболочка корабля, как уже сказано, не является препятствием для наиболее жесткой части этого излучения - тяжелых частиц. При определенных условиях она даже способствует увеличению биологической эффективности этих лучей (несколько замедляя частицы и увеличивая удельную плотность производимой ими ионизации). На этом основании приходится сделать вывод, что физическая защита от действия первичного космического излучения неэффективна.

Но нужна ли эта защита? Быть может, интенсивность космических лучей столь невелика, что их действием можно пренебречь? Как теперь установлено, это, к сожалению, не так. Доза радиации, которую космонавты будут получать за счет космического излучения за пределами атмосферы, примерно в два-три раза выше допустимой дозы облучения в земных условиях, при работе с источниками излучения и радиоактивными изотопами. Но благодаря высокой биологической эффективности наиболее тяжелой части космических лучей их воздействие на организм космонавта будет еще несколько сильнее. И все же превышение допустимой дозы радиации в случае первичных космических лучей галактического происхождения не настолько велико, чтобы ограничить возможность космических полетов на Луну, а также к Венере и Марсу. Согласно расчетам ученых, при полетах вокруг Луны и обратно космонавты получают суммарную дозу около 0,5 р, т. е., примерно столько же, сколько при производстве простейшего рентгеновского исследования - рентгеноскопии. Лишь при более длительных полетах, продолжающихся многие месяцы и годы, постоянное воздействие космической радиации может оказать более или менее серьезное воздействие. Очевидно, для таких полетов следует продумать и эффективные меры защиты, в том числе и химической, поскольку физическая, как уже сказано, неэффективна.

Наибольшую опасность для здоровья и даже жизни космонавтов при полетах в околоземном пространстве представляет корпускулярное излучение солнечных хромосферных вспышек. При особенно мощных солнечных вспышках потоки протонов бывают настолько плотными, что доза радиации за пределами атмосферы и в условиях отсутствия защиты достигает тысяч рентгенов в час, т. е. превышает абсолютно смертельную для человека дозу. Правда, оболочка корабля поглощает значительную часть быстрых частиц и ослабляет энергию других, но взамен возникает тормозное рентгеновское и гамма-излучение, так что доза радиации внутри корабля все же может оказаться очень высокой. Кроме того, многое зависит и от масштабов вспышки. При особо мощных вспышках возникают наиболее высокоэнергичные частицы, способные преодолевать оболочку корабля, что, естественно, увеличивает их опасность для космонавтов.

Каковы же меры борьбы с лучевой опасностью в космосе? Преодолима ли она? Не ограничивает ли она дальность полетов в космосе и время пребывания в нем людей?