Ученые нашли оптимальный метод изучать влияние радиации на космонавтов. Они ставили перед собой задачу создать безопасный для использования на космической станции, схожий по химическому составу с человеческим организмом объект наиболее подходящей формы. И оказалось, что наилучшая форма объекта — фантома по научной терминологии — соответствующего этим критериям, это отнюдь не «руки-ноги-голова-туловище», а нечто совсем иное.
Что именно? Об этом на лекции в Центре “Космонавтика и авиация” на ВДНХ рассказал Вячеслав Шуршаков, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий отделом Радиационной безопасности пилотируемых космических полетов ИМБП РАН.
Радиация является одной из важнейших проблем, которую приходится решать покорителям космоса. Космическая радиация достигает и на земную поверхность, но в космосе она гораздо выше, чем на Земле, потому что нашу планету защищает атмосфера и магнитное поле.
Удивительно, но Земле помогает и Солнце. Дело в том, что «солнечные лучи выдувают галактическое излучение из пределов Солнечной системы. Выдувают они не всё, но доза радиации уменьшается в полтора, в два раза. И поэтому многие учёные говорят, что, если мы отправимся в межпланетный полет, скажем, другой планете, к Марсу или ещё дальше, то нужно выбрать период максимума солнечной активности», — объяснил Вячеслав Шуршаков.
Однако для космонавтов, которые находятся на космическом корабле, Солнце представляет большую опасность. Если на Земле солнечная активность предсказуема, то в космосе — нет. В космосе может происходить солнечно-протонный шторм: Солнце выделяет большое количество радиации, которая стремительно распространяется. Солнечные космические лучи во время такого события крайне опасны, потому что они появляются неожиданно и повышают дозу радиации в 10 или даже в 100 раз больше суточной нормы.
Именно из-за этого явления на космическом корабле необходим «островок безопасности», где космонавт может переждать это событие и защитить себя от большой радиации. Логично было бы сделать отсек, который должен содержать дополнительную защиту, состоящую из материала с маленьким атомным номером, например, из полиэтилена или воды. Но препятствием для реализации служит то, что для построения такого отсека потребовалось бы примерно 100 килограммов полиэтилена. Это сложно воплотить из-за нехватки места на станции.
Чтобы не утяжелять станцию и не уменьшать её пространство, российские космонавты прибегают к оригинальному способу создания временного убежища. Они прилепляют на стены станции влажные салфетки из аварийного запаса. Салфетки сильно пропитаны водой, а вода является хорошей защитой от радиации.
Если солнечное протонное событие не настигло космонавта во время полёта, то он все равно получает большое количество постоянного излучения. Лектор говорит: «доза за рентгеновский снимок 0,1 миллизивертов, а за сутки у космонавта доза составляет 0,6 миллизивертов. Что в переводе на русский язык означает, что космонавту на борту космической станции каждый день 6 раз делают рентгеновский снимок грудной клетки».
Из-за такого излучения космонавты не могут находиться бесконечно в космосе, даже если создать все необходимое условия проживания. Средняя норма облучения космонавта за его карьеру составляет 1000 миллизивертов. Важно соблюдать нормативы, потому что от этого зависит здоровье и продолжительность жизни.
А как измерить дозу излучения, получаемую человеком на космическом судне? Нельзя просто повесить дозиметр на стену и узнать результат.
Во-первых, на станции много модулей и отсеков, где существуют перепады радиации, которые составляют от полутора до двух раз. Во-вторых, такие перепады существуют и внутри тела человека: на коже самая большая доза радиации, а в теле этот процент уменьшается.
Получается, что для объективных измерений нужно внедрить в человеческий организм измерительные приборы? Но это негуманно и даже опасно для здоровья. В связи с этим для измерения дозы радиации в теле космонавта, так называемой эффективной дозы, используют фантомы.
В 1969 году впервые был запущен фантом-манекен на станции «Зонд-7». Он был изготовлен из состава, разработанного российской исследовательницей Литвиновой. Состав был из эпоксидной смолы, опилок и зерен пшеницы, в теле манекена было 20 каналов измерения радиации. На первый взгляд, такой состав является странным прототипом человеческих тканей и органов. Однако эта смесь не только близка по химическому составу человеку, но и способна хорошо сохранять заданную форму в условиях перегрузок, возникающих во время полета.
«Дальше была целая серия фантомов, был фантом в виде головы, поскольку очень важно, как радиация влияет на центральную нервную систему, на мозг человека», — пояснил лектор.
А позже... позже был изобретен фантом в форме шара. Его и использует сейчас для соответствующих исследований в ходе космических полетов российская наука.
Очевидно, что шар внешне мало похож на человека, но вопреки этому шар не «сферический конь в вакууме», а дело серьезное. Шаровой фантом лучше, чем антропоморфные манекены, потому что вне зависимости от его расположения относительно стены космического корабля, дозы радиации не будут сильно разниться. К тому же, шар не занимает много места в отличие от антропоморфного манекена.
«Это не просто шар, у него есть специальный размер, есть специальная полость нужного размера. Если вставлять датчики на определенную глубину, то каждая глубина соответствует определенному критическому органу». — объяснил Вячеслав Шуршаков. То есть, глубина внедрения датчика должна соответствовать тому, насколько тело реального человека защищает от радиации тот или иной его орган. Данные для определения такой защищенности получены по результатам экспериментов с антропоморфным фантомом.
В настоящее время невозможно сильно снизить радиацию на борту космического корабля. Защита корабля и самого космонавта поглощает радиацию, а не отталкивает её, как это делает магнитное поле. Воплощение же проекта магнитной защиты станции сталкивается с отсутствием сверхпроводящих материалов. Но наука, как говорится, не стоит на месте, развивая эту идею и пытаясь найти другие способы защиты космонавтов, включая медикаментозные. Да-да, «таблетки от радиации», которыми можно было бы частично обезопасить себя, блокировав вредные последствия воздействия радиации на организм.
«Использование шарового фантома позволит нам обеспечить безопасность полётов, повысить уровень контроля радиационной безопасности, если уж совсем коротко сказать, то, на мой взгляд, сочетание методов физической и биологической защиты позволит нам преодолеть радиационный барьер», — оптимистично заключил ученый.
– новый журнал для тех, кто развивает Россию.