# Полиэтилен и космическая радиация.

Продолжаем про реализм. Космический корабль сделали, теперь встает вопрос защиты его экипажа от радиации.  Когда я начал "курить" этот вопрос, внезапно оказалось, что круче всего от космической радиации защищает.... полиэтилен.

Да, полиэтилен действительно является одним из наиболее эффективных материалов для защиты от космической радиации, особенно против галактических космических лучей (ГКЛ) и высокоэнергичных частиц. Этот материал рассматривается в современных космических проектах, как важный компонент защиты экипажа.

Почему он? 

1. Высокое содержание водорода (H)

• Полиэтилен — углеводородный полимер, богатый водородом (химическая формула: (C2H4)n(C_2H_4)_n(C2H4)n).
• Атомы водорода особенно эффективны в замедлении и рассеивании высокоэнергетичных протонов и ионов (основных компонентов космической радиации).
• Протонные события (например, солнечные вспышки) наиболее опасны для экипажа, и полиэтилен обеспечивает отличную защиту от них.

2. Низкий атомный номер (Z)

• Элементы с низким атомным номером (например, углерод и водород) при столкновении с космическими лучами создают меньше вторичных частиц, чем тяжёлые материалы (например, свинец или железо).
• Это снижает риск образования высокоэнергетичных осколков (т.н. "душевых" каскадов частиц), которые могут быть ещё опаснее исходной радиации.

3. Лёгкость и прочность

• Полиэтилен значительно легче металлов, что критически важно в космосе, где каждый килограмм на счету.
• Гибкость и прочность позволяют использовать его в композитных материалах и встраивать в многослойные защитные конструкции.

Сравнение его с другими материалами. 

Вывод: Полиэтилен превосходит алюминий и другие тяжёлые металлы в защите от высокоэнергетичных частиц (например, космических лучей).

Конкретно в настоящее время защита из полиэтилена применяется (доказательная база)

Проект NASA "RXF1"
NASA разработало специальный тип армированного полиэтилена — RXF1, который на 50% лучше алюминия блокирует галактические космические лучи и одновременно легче стандартных металлических конструкций. RXF1 признан перспективным материалом для защиты экипажа на миссиях к Марсу.

Проект Gateway (около Лунная станция) — полиэтилен включён в планы для защиты экипажа в радиационных укрытиях

МКС покрытия и внутренние экраны станции:
Полиэтилен часто включают в многослойные покрытия в зонах отдыха экипажа, медицинских отсеков или специальных «убежищ» на случай вспышек солнечной активности. Если верить НАСА полиэтиленовые экраны продемонстрировали значительное снижение дозы нейтронного и протонного излучения. В условиях низкой околоземной орбиты (LEO) защита из полиэтилена позволила снизить уровень радиационного облучения экипажа на 20–30% по сравнению с алюминиевыми панелями.

Исследования Brookhaven National Laboratory (BNL):

Полиэтилен продемонстрировал лучшую защиту от нейтронов, чем традиционные металлические экраны (включая алюминий и сталь).  При энергии нейтронов до 200 МэВ полиэтилен обеспечивал снижение радиационной дозы на 40–50% по сравнению с металлическими материалами.

Исследования CERN (Европейская организация по ядерным исследованиям):

Полиэтилен показал высокую эффективность как компонент многослойной защиты (особенно в сочетании с боросодержащими материалами). Было доказано, что комбинация полиэтилена и свинца эффективно снижает дозу нейтронного и гамма-излучения.

Какой толщины должен быть слой полиэтилена, чтобы он защитил от космической радиации? Проникающая способность частиц будет зависеть от их энергии:

Получается что полиэтилен толщиной в 40-50 см способен почти полностью остановить:

• Протоны с энергией до 100 МэВ.
• Около 90–95% протонов солнечных вспышек (SPE).
• Примерно 70–80% высокоэнергичных частиц галактических космических лучей (GCR).

Еще немаловажный вопрос время! Не потеряет ли полиэтилен свои защитные свойства в агрессивной среде?

Деградация полиэтилена от протонов проявляется в двух ключевых эффектах:

1. Молекулярная деградация (потеря прочности, образование микротрещин).
2. Эрозия и потеря массы.

Оценим эрозию:

• Интенсивность солнечной радиации на низкой околоземной орбите ≈ 10⁷ – 10⁸ протонов/см²/сек (во время солнечной активности).
• На межпланетных трассах (например, по пути на Марс) — в среднем 10⁶ протонов/см²/сек.

Потеря массы полиэтилена происходит по норме:
 ~1 мм за 1 год при интенсивном облучении (10⁸ протонов/см²/сек)

 Расчёт времени до полной деградации 40-см листа полиэтилена:

1. При интенсивном потоке солнечных протонов (10⁸ протонов/см²/сек): 40 см÷0,1 см/год=400 лет

2. При среднем уровне галактической радиации (10⁶ протонов/см²/сек): 40 см÷0,01 см/год=4000 лет

единственное уязвимое место это ультрафиолет и трещины от микро-метеоритов,  но для того, чтобы защитить  от этого достаточно применить сравнительно тонкий слой алюминия поверх полиэтилена армировав его таким образом. 

А от обычно радиации? Например при ядерном взрыве полиэтилен защитит?

Тут, конечно, более грустно, но все же: