# Полиэтилен и космическая радиация.

Автор: Иван Обухов

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. 

МатериалЭффективность против протоновЭффективность против гамма-лучейМасса (относительно защиты)
ПолиэтиленОтличноСреднеЛёгкий
АлюминийСреднеХорошоТяжелее полиэтилена
СвинецПлохаяОтличноОчень тяжёлый
ВодаОтличноСреднеСредней массы

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:

Энергия протоновГлубина проникновения в полиэтилен
10 МэВ~ 3 см
50 МэВ~ 15 см
100 МэВ~ 30 см
200 МэВ~ 50 см

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
  1. 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:

Вид излученияЗащита полиэтилена (40 см)Эффективность
Альфа-частицы (α)Полная защита Высокая
Бета-частицы (β)Полная защита Высокая
Гамма-излучение (γ)Практически бесполезен Низкая
Нейтронное излучение (n)Умеренная защита Средняя
+79
259

41 комментарий, по

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Уран Чекан
#

Отличное резюме… Жаль только «по дороге» до Марса пригодится…

 раскрыть ветвь  6
Иван Обухов автор
#

Почему только по дороге..? я думаю что на Луне будут использовать для изоляции лунных модулей. Луна на мой взгляд более реалистичная задача чем Марс. Там и добывать есть чего и производство можно организовать для рывка на Марс.

 раскрыть ветвь  5
Наталья Грейш
#

Да порой полеэтилен просто незаменим, но не всесилен😊

 раскрыть ветвь  1
Иван Обухов автор
#

Ну вот :))) А я уже думал заменить свою шапочку из фольги полиэтиленовым пакетом :))))

 раскрыть ветвь  0
Анатолий Евлашкин
#

Я в шоке. Звездолет с кульками. Новость дня. 

 раскрыть ветвь  7
Мрак Сергеевич
#

Совет дня: Запаситесь полиэтиленом с пупырышками для полета на Марс. В пути можно методично щелках пупырышки успокаивая себя "вспышки на Солнце не будет", а если она будет, то 30 слоев полиэтилена позволят вам выжить.
Дополнение к совету: Не забудьте захватить нож, что бы отбиваться от тех, кто полиэтиленом не запасся!

🤣

 раскрыть ветвь  6
Мрак Сергеевич
#

Стоит подумать и о защите от вторичного (гамма) излучения вызванного поглощением. А так же о том, что материал будет фонить сам по себе и его надо будет куда-то девать.

И если с водой замена экрана очень проста (сливаем, заливаем новую, штано, по трубам), то полиэтиленовые пластины придется менять смертникам. 😁

 раскрыть ветвь  4
Иван Обухов автор
#

Если лететь долго то в случае воды встанет проблема с массой и куда ее сливать. 

 раскрыть ветвь  3
 раскрыть ветвь  0
D24
#

1) Тема полипропилена, полиамида и т.д. совсем не раскрыта. Да и древесины/бумаги.

2) Не раскрыта тема воды, в т.ч. ионизированной.

3) Тема деградации полиэтилена раскрыта весьма однобоко. 

********

Судя по частоте упоминания - где-то тут подвох. Возможно просто пилят бабки на популярной теме, а журналисты только рады, возможно отвлекают от более простого решения.

В целом на вопрос можно посмотреть с другой стороны: что нам вредит, т.е. "захватывается" телом - передает его атомам свою энергию, то и надо фильтровать. Откуда просится фильтр стехиометричный составу организма. Возможно лучшим щитом как раз будет что-то типа искусственной крови (сразу решаем вопрос восстановления) или кожи.

 раскрыть ветвь  16
Иван Обухов автор
#

Да черт его знает.  Если я правильно понял, то внутри МКС переборки полиэтиленовые. Там вообще один модуль надувной. А касательно воды там же проблемы с ионизацией? Ну и масса. Пить ее без очистки нельзя из-за накопления свободных радикалов и водорода. Да на МКС, под защитой радиационного пояса Земли , защиту из воды  используют уже сейчас в том числе ее очищают и пьют. А вот если лететь дальше уже будут проблемы. Водород будет выделяться значительно активнее его надо будет куда-то девать из защиты (герметичные баки наполненные водой). Защита из воды и полиэтилена будет примерно одинакова по эффективности, но полиэтилен намного проще встроить в структуру корабля и проблем с ним будет куда меньше. 

 раскрыть ветвь  2
Михаил Юрьевич Салтыков
#

На сколько помню органическую химию, из твердого (при комнатной температуре) и относительно прочного полиэтилен содержит больше всего атомов водорода на единицу массы. На сколько помню ядерную физику, от заряженных частиц лучше всего защищает водород. Главная проблема в том что 40 см полиэтилена до недавнего времени были из области научной фантастики ибо это 360-400 кг на квадратный метр.

 раскрыть ветвь  8
Ярослав Рысь
#

Концепт деревянного корабля очень нравится. Причём древесина ствола - несущая конструкция корпуса и изоляция от радиации одновременно, а ветви дерева идут во внутреннюю полость и там плодоносят, обеспечивая экипаж едой. А листья дерева простираются вокруг корабля, поглощая энергию солнечных лучей - вместо малоэффективных солнечных батарей современные эффективные листья: фотосинтез!

Настоящий хай-тек, а не вот эти вот глупые алюминиевые железки.

Кроме того, древесина снабжает экипаж смолами и дёгтем для смазки механизмов.

Русские космисты бы одобрили. И Саймак. И Брэдбери!

 раскрыть ветвь  2
Ярослав Рысь
#
 раскрыть ветвь  0
Доброслав
#

Есть борированный полиэтилен, ЕМНИП кадмий нейтроны вообще отражает. Надо рассматривать композитные защитные материалы.

 раскрыть ветвь  0
Написать комментарий
1 362 8 583
Последние комментарии
84 / 84
Николай Берг
98% изнасилованных женщин?
56 / 56
Marika Stanovoi
Однажды охламон, всегда охламон
37 / 37
Евгений Капба
Гастроли продолжаются: завтра в Минске
1 / 1
Sango
Доброе утро от Санго
76 / 76
Филатова Елена Германовна
Рецензия на роман «Кровь на камнях» — Павел Марков
99 / 99
Иван Каминский
Почему девушки выбирают плохих мальчиков?/Первобытная романтика
1 / 1
Неуловимый Джо
Качество даёт о себе знать
14 / 14
Владимир Чекмарев
Трамвайный унттаз
12 / 12
Гилберт Савье
Рецензия на роман «Тропы Тонкого Мира» — Алекс Че.
93 / 93
Sango
Праздник не праздник без улыбки
52 / 52
Ярослав Васильев
Жанр «назад в СССР» как признак литературной импотенции
15 / 15
Наталья Грейш
Рецензия на сборник рассказов «Орбит» — Ари Видерчи
14 / 14
Наталья Грейш
Ари Видерчи: "Сингулярность"
99 / 288
Крутые бабки
Хотела в шутку, но не получилось... Слишком больная тема 18+
18 / 18
Анчутка Бес-Пятый
Что будет, если репутация превысит рейтинг?
107 / 107
Анатолий Федоров
Гремлины: злейшие враги пилотов Второй мировой войны
13 / 13
Gremlin Eroge
Эротичные анимешки(только для взрослых)
21 / 21
Arladaar
Если бы я писала боярку, она была бы такой
38 / 47
wayerr
ИИ может создать шедевр
12 / 12
Кастор Близнецов ( i )
Как бороться с зависимостью-2
Наверх Вниз