15 августа 2014 в журнале Radiation and Environmental Biophysics была опубликована статья с описанием численного метода расчета получаемой космонавтом дозы радиации. Мы попросили прокомментировать эти результаты одного из авторов исследования, кандидата физико-математических наук Вячеслава Шуршакова.

Радиацию в космосе измеряют с самого начала космической эры. Достаточно вспомнить, что в конце 50-х годов прошлого века на первых же американских и российских спутниках были открыты так называемые радиационные пояса — области повышенной, «захваченной» магнитным полем радиации в околоземном пространстве. Стали измерять дозы и в отсеках пилотируемых космических кораблей. Если корабль большой, а тем более целая космическая многомодульная станция, то и дозы в отсеках будут разные. Когда все спокойно, нет солнечных частиц высокой энергии, то это различие не превышает полутора-двух раз. Другое дело, когда радиационная обстановка в околоземном пространстве возмущенная, тут перепады доз по отсекам могут достигнуть десяти и более раз.

Рекомендуем по этой теме:
7036
Превентивная кардиология

Доза радиация изменяется потому, что защита веществом станции и оборудованием меняется от отсека к отсеку. Чтобы учесть неравномерность дозового поля по станции, решили, что каждый космонавт должен носить в специальном кармашке свой индивидуальный дозиметр. Тогда, спит ли космонавт или работает, дозиметр все это учтет в виде суммарной дозы излучения, полученной им за весь полет.

Но на деле с космической радиацией все оказалось не так просто. Дальнейшие исследования показали, что внутри тела космонавта за счет «самоэкранированности» органов происходит дальнейшая трансформация дозового поля, и пренебречь этим никак нельзя. Все дело в том, что дозы на космической станции относительно большие, в 200 раз больше, чем средний наземный фон, которым человек облучается в обычных земных условиях. За год полета на МКС космонавт получает дозу примерно в 10 раз большую, чем разрешено работнику атомной промышленности за год. Но по правилам это допустимо, так как и дозовые нормативы для космонавтов свои, «космические», и чтобы сопоставить набранную им дозу с нормативом, надо измерять не просто дозу в кармане рубашки, а так называемые дозы на критические органы: желудочно-кишечный тракт, кроветворную систему, центральную нервную систему и тому подобное. Непосредственно в эти органы дозиметры поместить нельзя, поэтому придуманы и используются тканеэквивалентные фантомы-манекены типа фантома «Рэндо» или шарового фантома, как в нашем космическом эксперименте «Матрешка-Р», где тысяча датчиков радиации распределена по всему телу и по его поверхности. Фантом NUNDO, о котором идет речь в статье, — это, по сути, компьютерная модель фантома «Рэндо», которая позволяет с большой точностью по данным измерений определять, то есть рассчитывать дозы в критических органах тела космонавта.

Ключевым в этом подходе является как раз то, что дозы рассчитываются непосредственно по данным проведенного экспериментального исследования посредством их интерполяции и пересчета к веществу органа. Конечно, среди ученых есть и любители проводить «чистые расчеты» космических доз, получаемых органами тела. Сначала с учетом трассы полета и «космической погоды» берется модель потоков радиации, падающей на стенки станции. Потом на основе модели защищенности отсеков эти потоки «пропускаются» через защиту с использованием ядерно-физических данных о прохождении и размножении частиц в веществе защиты. И наконец, для определения доз на органы учитывается самоэкранированность критических органов тела космонавта. Такие расчеты (лучше называть их правильным английским термином «симуляции» (simulations), кто бы их ни проводил — аспирант или сам профессор) при сопоставлении с экспериментальными данными могут давать ошибку в дозе до 2-х и более раз. Это связано как с несовершенством наших представлений о космической погоде, так и со сложностью описания геометрии защиты отсека космической станции и расположенного там космонавта. Есть, однако, и «специалисты» по расчетам доз космических, которые, зная уже полученный ранее экспериментальный результат, так усовершенствуют свою расчетную модель путем введения в нее все новых и новых параметров (типа чисел Вольфа в прошлую пятницу и угла поворота ноги космонавта по отношению к оси станции во время сна), что получается умопомрачительное (порой лучше 2%!) совпадение с данными эксперимента. Симуляция, да и только!

Рекомендуем по этой теме:
2931
Космическая погода

Полученный в статье экспериментальный результат об эффективных дозах космической радиации важен для планирования длительных полетов, чтобы можно было лететь дальше и летать дольше, но все-таки сами-то дозы космические большие, и остается вопрос, как их снижать, чтобы сохранить здоровье космонавтов.

Как быть человечеству с учетом того, что дозы радиации в космосе могут достичь уровней, опасных для здоровья: остаться навсегда в своей «колыбели» или лететь к далеким мирам — это предмет отдельного рассмотрения. Но уверен, что и на поверхности лунного обитаемого модуля, и в отсеке межпланетного корабля, летящего к астероиду или к Марсу, будет находиться фантом-манекен как молчаливый свидетель, со спокойствием сфинкса фиксирующий воздействие радиации на органы человека при космической деятельности.