Коллайдер NICA помогает сделать полеты в космос безопаснее
Первые прикладные исследования на выведенных из Нуклотрона ОИЯИ пучках ионов ксенона высоких энергий в процессе четвертого сеанса пусконаладочных работ на ускорительном комплексе NICA провели сотрудники Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН, сообщает 5 апреля пресс-служба Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ).
Используя инфраструктуру комплекса NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility) для прикладных исследований ARIADNA (Applied Research Infrastructure for Advance Development at NICA fAcility), ученые ИМБП РАН проверили на радиационную стойкость два новых материала, которые будут использованы для защиты кают российских космонавтов на Международной космической станции (МКС).
Заведующий отделом радиационной безопасности пилотируемых космических полетов ИМБП РАН Вячеслав Шуршаков рассказал о начале работ на комплексе, связанных с обеспечением безопасности пилотируемых космических полетов:
«Мы с большим нетерпением ждали начала этого сеанса, когда на комплексе NICA появятся частицы с „нашими“ энергиями: до нескольких ГэВ на нуклон. Именно они позволяют имитировать космическую радиацию, получая потоки тех самых частиц: ядра углерода, азота, кислорода, железа, ксенона и других. Для нас NICA — это некий симулятор космического излучения, которое воздействует в том числе и на экипажи космических аппаратов».
Воссоздать в некотором приближении спектры космического излучения на Земле возможно лишь с помощью ускорителей тяжелых заряженных частиц, таких как NICA.
Уровень радиации на Международной космической станции в 250 раз больше наземного фона, что требует соответствующей защиты космонавтов.
Отдел радиационной безопасности пилотируемых космических полетов ИМБП РАН ранее выяснил, что по сравнению с остальными помещениями каюты космонавтов, где им приходится проводить большую часть времени, от радиации защищены слабо. Каюты выступают за основной объем станции, что приводит к увеличению в них получаемой дозы радиации на 20–30% относительно других помещений станции.
Для решения этой проблемы около десяти лет назад ученые из Белгородского государственного технологического университета (БГТУ) им. В. Г. Шухова предложили разработанный ими композитный материал, который был доставлен на МКС.
Начиная с февраля 2022 года, в левой каюте российского сегмента идет эксперимент «Композит защитный», в ходе которого проверяются защитные антирадиационные свойства созданного в БГТУ материала, содержащего химические элементы с маленьким атомным номером, эффективно замедляющие нейтроны.
Структура материала, напоминающего глину, представляет собой полимерную матрицу из фторопласта с наполнителями оксидом висмута и нанодисперсным карбидом вольфрама.
После спекания к радиационной стойкости у него добавляется механическая прочность. Однако имеющиеся в нем атомы тяжелых элементов, в том числе вольфрама, титана и др., могут при облучении генерировать вторичные нейтроны.
Чтобы избавиться от этого эффекта, белгородцы разработали еще один композит, состоящий из политетрафторэтилена, в который к оксиду висмута и карбиду вольфрама добавлены гидрид титана и карбид бора.
«Полиэтилен содержит много ядер водорода, а гидрид титана удерживает водород вокруг ядра титана в связанном состоянии. Это уникальные материалы, которых нет за рубежом», — подчеркнул Вячеслав Шуршаков.
Этот второй материал имеет толщину всего 3–4 см, что не так сильно уменьшит объем тесных кают МКС. Предполагается, что он будет применен на Российской орбитальной станции (РОСС), которая в будущем заменит МКС, а также на новых пилотируемых транспортных кораблях.
Шуршаков отметил: «Важно изучить свойства защитного материала на Земле, провести расчеты. И сейчас мы находимся в начале пути. В других космических агентствах: европейском, американском, — также идут активнейшие исследования по поиску оптимального материала для радиационной защиты в космосе. Это кропотливый процесс, и есть общее мнение, что волшебного материала нет — у каждого из них свои достоинства и недостатки».
Ученые ИМБП РАН облучали оба вида композитов на пучках тяжелых ядер на NICA нескольких суток. Далее будет проведена целая серия исследований и тестов.
В настоящее время сотрудники отделения научно-методических исследований и инноваций проводят в Лаборатории физики высоких энергий (ЛФВЭ) ОИЯИ активационный анализ облученных образцов для определения в материале степени активации элементов, вызванной облучением пучками тяжелых ядер.
Кроме того, будет выполнена оценка структурных изменений в этих двух материалах, произошедших после облучения.
